WO2009132375A1 - Arrangement for the optical amplification of light pulses - Google Patents

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WO2009132375A1
WO2009132375A1 PCT/AT2009/000181 AT2009000181W WO2009132375A1 WO 2009132375 A1 WO2009132375 A1 WO 2009132375A1 AT 2009000181 W AT2009000181 W AT 2009000181W WO 2009132375 A1 WO2009132375 A1 WO 2009132375A1
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WO
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loop
sagnac interferometer
sagnac
light pulses
subordinate
Prior art date
Application number
PCT/AT2009/000181
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German (de)
French (fr)
Inventor
Stefan Roither
Aart-Johannes Verhoef
Oliver D. MÜCKE
Georg A. Reider
Audrius Pugzlys
Baltuška
Original Assignee
Technische Universität Wien
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/005—Optical devices external to the laser cavity, specially adapted for lasers, e.g. for homogenisation of the beam or for manipulating laser pulses, e.g. pulse shaping
    • H01S3/0057—Temporal shaping, e.g. pulse compression, frequency chirping
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/23—Arrangements of two or more lasers not provided for in groups H01S3/02 - H01S3/22, e.g. tandem arrangements of separate active media
    • H01S3/2308—Amplifier arrangements, e.g. MOPA
    • H01S3/2325—Multi-pass amplifiers, e.g. regenerative amplifiers
    • H01S3/2333—Double-pass amplifiers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01S—DEVICES USING THE PROCESS OF LIGHT AMPLIFICATION BY STIMULATED EMISSION OF RADIATION [LASER] TO AMPLIFY OR GENERATE LIGHT; DEVICES USING STIMULATED EMISSION OF ELECTROMAGNETIC RADIATION IN WAVE RANGES OTHER THAN OPTICAL
    • H01S3/00—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range
    • H01S3/10—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating
    • H01S3/10076—Controlling the intensity, frequency, phase, polarisation or direction of the emitted radiation, e.g. switching, gating, modulating or demodulating using optical phase conjugation, e.g. phase conjugate reflection

Definitions

  • the invention relates to an arrangement for the optical amplification of light pulses.
  • Optical amplification by optical pumping e.g. with intense pump pulses in the range of 10 ns to 50 ns, and stimulated emission caused thereby is used more and more in both the scientific and the technical field.
  • One approach to achieve high performance in a amplifying optical element is to use the "chirped pulse amplification" method, which diffracts the spectrum of a short laser pulse, for example, on a sequence of diffraction gratings, thereby stretching the pulse in time now significantly longer pulse can be relatively easily amplified with conventional crystals and the amplified pulse with a second sequence of diffraction gratings are compressed again.
  • the energy of the pulse remains almost unchanged, resulting in a much higher pulse power.
  • Nonlinearities in the gain are also In order to counteract this, the beam and amplifier crystal cross-sections have been increased, but the achievable amplification power is also limited by the maximum thermal load capacity of the amplifier crystal.
  • DPA Divided Pulse Amplification
  • the object of the invention is therefore to provide an arrangement for the optical amplification of light pulses, which can be realized with structurally simple means and manages without the excessive use of non-linear material in the amplifier chain.
  • the arrangement comprises optical amplification of light pulses
  • a Sagnac interferometer ground loop having an input / output coupling unit connected to the light source for dividing each transmitted light pulse into two light pulses and coupling them in opposite directions into the Sagnac interferometer ground loop;
  • Output coupling unit is adapted to decouple the split light pulses after passing through the Sagnac interferometer ground loop in opposite directions as a recombined light pulse,
  • At least one Sagnac interferometer loop subordinate to the Sagnac interferometer ground loop, which is connected in the Sagnac interferometer ground loop, the at least one subordinate Sagnac interferometer loop in turn being one subordinate to each other Sagnac interferometer loop, which can be nested as often as desired with further Sagnac subferometer loops,
  • At least one optical gain element arranged to be different from those in the Sagnac interferometer ground loop and optionally in the at least a subordinate Sagnac interferometer loop split light pulses is traversed in time and the split light pulses are combined after their amplification into a total light pulse.
  • the invention thus uses a Sagnac interferometer as a basic building block to achieve a pulse division, with the aid of which two counterpart partial light pulses are generated, which are conducted with a temporal offset through an optical amplification element and then combined again in an amplified form to form an overall pulse.
  • a multiple division and temporal offset of the light pulse can be achieved by interlacing several Sagnac interferometers, so that the partial light pulses pass through the amplification element during the passage of the Sagnac interferometer and then combined again in the Sagnac interferometers to form an overall pulse.
  • Each subordinate Sagnac interferometer loop divides the already divided light pulses again into two partial light pulses.
  • the temporal offset with which the partial light pulses pass through the optical amplification element is achieved by suitably arranging the amplification element inside or outside the Sagnac interferometer ground loop and the subordinate Sagnac interferometer loops, respectively.
  • a possible embodiment may be that the Sagnac interferometer ground loop or the at least one Sagnac subordinate interferometer loop has an asymmetrically arranged first division / recombination node coupled to the at least one optical gain element such that the Sagnac Interferometer ground loop or the at least one subordinate Sagnac interferometer loop in a first direction passing partial light pulses over the first Dividing / recombining nodes after passing through the at least one optical amplifying element by dividing and recombining in the Sagnac interferometer ground loop or in the at least one subordinate Sagnac interferometer loop re-enter and continue in the first direction and the Sagnac interferometer Basic loop or the at least one subordinate Sagnac interferometer loop in a second, opposite direction passing partial light pulses via the first division / recombination node after passing through the at least one optical amplifying element by splitting and recombining in the Sagnac interferometer ground loop or enter the at least one subordinate Sagnac interferometer loop and continue through it in the second, opposite direction.
  • the first split / recombine node e.g. a polarizing beam splitter, is arranged at an asymmetric position in the Sagnac interferometer ground loop or the subordinate Sagnac interferometer loops.
  • first does not refer to the order here but serves to distinguish one below second division / recombining node - of the respective interferometer loop, whereby the one coupled to the first division / recombining node
  • Reinforcement element is passed through the light pulses separately.
  • the two light pulses are again passed through the reinforcing element after this passage, for example, by being reflected on a mirror and thereby pass twice through a Faraday rotator, for example, and then coupled back into the associated interferometer loop via the first division / recombination node.
  • the optical reinforcing element is designed as an isotropic reinforcing element.
  • Reinforcement element is coupled. As a result, after the reunification of the amplified split light pulses, a corresponding multiple amplification of the original light pulse can be achieved.
  • a cylindrical isotropic reinforcing element e.g. an isotropic laser crystal develops a square, radial temperature profile even with uniform internal heat deposition and thus directly a square, radial refractive index profile, which acts like a lens with variable focal length.
  • the thickness of the thermal lens is proportional to the optical pump power.
  • Thermal gradients also lead to inhomogeneous mechanical stress distributions in the crystal, e.g. in Nd: YAG are different in the radial and azimuthal directions, and thus lead to thermally induced birefringence and thermally induced bifocussing due to the photoelastic effect.
  • the thermally induced birefringence also leads to depolarization losses, since a linearly polarized beam is elliptically polarized after passing through the amplification crystal.
  • the behavior described becomes even more complicated.
  • the radial and tangential polarizations must be exchanged between two consecutive crystal passes, and second, the beam profile must be mirrored about an axis.
  • optical amplification element is coupled to a Sagnac end loop in which a half-wave element is arranged to compensate for the thermal birefringence and to avoid Depolarisationshneen, wherein emerging from the optical gain element Split partial light pulses within the Sagnac end loop and reassembled after passing through the Sagnac end loop and the half-wave element and re-enter the optical gain element.
  • the arrangement of the half-wave element, in particular a half-wave plate causes a rotation of the polarization by 90 ° and thus allows the exchange of the radial and tangential polarizations of the light pulses between two successive passes through the reinforcing element, whereby the thermally induced birefringence and depolarization compensated becomes.
  • the Sagnac end loop can - but without the advantage of compensation of thermally induced birefringence - an arrangement of a Faraday rotator and a mirror occur, which is adapted to deflect the light emerging from the optical gain element partial light pulse in the opposite direction and again to enter the reinforcing element.
  • the Faraday rotator provides a corresponding rotation of the polarization of the partial light pulse.
  • the gain element is located within the Sagnac interferometer ground loop or within the at least one Sagnac sub interferometer loop or the other Sagnac Sinter interferometer loops at an asymmetric position to move from the split light pulses are separated from each other at least once in the opposite direction in time.
  • the temporal separation of the two counter-pulses thus divided when passing through the optical amplifying element is achieved by respectively different distances between the input / output coupling unit and the optical amplifying element. This is made possible by the asymmetric arrangement of the optical amplifying element in the Sagnac interferometer ground loop or one of the other subordinate Sagnac interferometer loops.
  • the reinforcing element can be traversed several times by the split light pulses.
  • the light pulse coupled in via the input / output coupling unit is divided and by the Sagnac interferometer fundamental loop having different path length with respect to the optical amplifying element in the forward and in the reverse circuit, to be recombined in the input / output coupling unit.
  • a further reduction in the loading of the optical gain element occurs when the one or more Sagnac subordinate loops are inserted into the Sagnac interferometer ground loop so that the divided pulses are each split again.
  • An embodiment of the invention may be that the optical amplifying element is a laser crystal, wherein the laser crystal may be an isotropic laser crystal.
  • the optical gain can be correspondingly increased without the maximum allowable peak power for the optical gain element exceed.
  • the laser crystal may also be provided as a birefringent laser crystal and appropriate precautions must be taken to compensate for the influence of birefringence on the partial laser pulses passing through the laser crystal.
  • the optical amplifying element employable in the invention is not limited to amplification based on stimulated emission, and therefore the optical amplifying element may be, for example, an optical parametric amplifying crystal.
  • the Sagnac interferometer ground loop may include one or more subordinate Sagnac interferometer loops, which as part of the optical path are completely traversed by all sub-light pulses, again splitting into sub-light pulses.
  • Light pulses pass through the second divide / recombine node after passing through the Sagnac subordinate interferometer loop by splitting and recombining into the superordinate Sagnac interferometer loop and propagating them in the second, opposite direction run through.
  • the second divide / recombine node may be formed by two polarizing beam splitters and a quarter-wave element or a half-wave element or a Faraday rotator, which are directly coupled together via an optical path.
  • the sub-light pulses entering the subordinate Sagnac interferometer loop can be redivided and recombined, after passing through, back into sub-light pulses, which then continue to travel through the Sagnac interferometer ground loop.
  • the input / output coupling unit may comprise a quarter-wave element or a half-wave element or a Faraday rotator and a polarizing beam splitter, which are coupled directly to one another via an optical path.
  • the function of the input / output coupling unit which consists in splitting light pulses transmitted into the Sagnac interferometer ground loop and recombining part light pulses emerging from the loop, is easily ensured.
  • the input / output coupling unit may comprise a quarter-wave element or a Faraday rotator and two polarizing beam splitters which are directly coupled together via an optical path.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the invention
  • Fig. 3 is a schematic representation of another embodiment of the arrangement according to the invention.
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a further embodiment of the arrangement according to the invention
  • 7 shows a schematic representation of a further embodiment of the arrangement according to the invention
  • FIG. 8 shows a schematic representation of a further embodiment of the arrangement according to the invention.
  • FIG. 10 shows a schematic representation of a further embodiment of the arrangement according to the invention.
  • FIG. 11 shows a diagram of the spectral intensity of the amplified partial light pulses and of the recombined light pulse;
  • FIG. 12 a schematic representation of a further embodiment of the arrangement according to the invention;
  • Figure 13 is a schematic representation of another embodiment of the inventive arrangement.
  • FIG. 14 shows a representation of a further embodiment of the arrangement according to the invention.
  • Figure 15 is a schematic representation of another embodiment of the inventive arrangement.
  • 16 shows a schematic representation of a further embodiment of the arrangement according to the invention
  • 17 shows a schematic representation of a further embodiment of the arrangement according to the invention
  • Fig.18, Fig.19 respectively diagrams of the spectral and temporal intensity of amplified light pulses after passing through a twice
  • FIG. 20 shows graphs of the spectral and temporal intensity of amplified.
  • 1 shows an arrangement for the optical amplification of light pulses with the aid of a Sagnac interferometer beam path.
  • a light source 1 for emitting light pulses and a Sagnac interferometer ground loop 3 are provided, which are coupled together via an input / output coupling unit 2.
  • the input / output coupling unit 2 divides each light pulse (arrow 32) sent via an input 17 into two partial light pulses (arrows 30 and 31) and couples them into the Sagnac interferometer ground loop 3 in opposite directions.
  • a suitable light source 1 is, for example, a light source which emits ultrashort light pulses with a duration of 10 ps to 50 ps and a repetition frequency of 1000 Hz.
  • the one partial light pulse, symbolized by arrow 30, thereby passes through the Sagnac interferometer ground loop 3 in the clockwise direction, while the other partial light pulse according to arrow 31 hurries it counterclockwise.
  • the divided light pulses As a recombined light pulse, indicated in Figure 1 by arrow 33 is again decouple.
  • This recombined light pulse is optically amplified and therefore appears at the output 18 with a higher intensity than the light pulse sent into the input 17.
  • an optical amplification element 4 is arranged in such a way that it is traversed in a time-offset manner by the light pulses divided in the Sagnac interferometer ground loop 3 and the divided light pulses are combined after their amplification into an overall light pulse.
  • the optical amplifying element 4 e.g. may be formed by a laser crystal 5, arranged within the Sagnac interferometer ground loop 3 at an asymmetric position to be traversed by the split light pulses at least once in the opposite direction in the opposite direction.
  • the optical amplifying element is not limited to the principle of amplification based on stimulated emission, but it may be e.g. also find an optical parametric amplifier crystal application, with which a parametric amplification is performed.
  • asymmetric position means all positions that are appreciably offset from the symmetrical position 89, so that a temporal separation of the divided light pulses in the optical amplification element 4 results.
  • the path to the optical amplifying element 4 for the circulating in the clockwise light pulse 30 is longer than for the counterclockwise rotating light pulse 31.
  • the a light pulse later on the optical amplifying element 4 than the opposite and a temporal separation in passing through the optical amplifying element is achieved.
  • Fig. 2 shows an equivalent arrangement in which the light input and output takes place in the reverse manner.
  • 15 shows an alternative to Figure 1 and Figure 2 embodiment of the inventive arrangement in which over an asymmetrically arranged first division / recombining node 800 time-shifted partial light pulses fed into the gain element 4 'and after amplification back into the Sagnac interferometer -Ground Loop 3 will be returned.
  • the two time-shifted partial light pulses in this case run in the direction of the arrow 310 first through the optical reinforcing element 4 'and, after being reflected on a mirror 320 in the opposite direction, passed once again through the optical reinforcing element 4'. So that when returning to the interferometer ground loop 3 the appropriate polarization of the partial light pulses is present, these pass through before and after the reflection on the mirror 320 a Faraday rotator 370, which rotates the polarization plane by 45 °.
  • the asymmetrically arranged first dividing / recombining node 800 is coupled to the optical amplifying element 4 'such that the partial light pulses passing through the Sagnac interferometer fundamental loop 3 in a first direction pass through the first dividing / recombining node 800 after passing through the optical amplifying element 4 're-enter into the Sagnac interferometer ground loop 3 by splitting and recombining, and continue to travel through them in the first direction and the Sagnac interferometer ground loop 3 in a second, opposite direction passing partial light pulses over the first division / Recombination node 800 after passing through the at least one optical amplifying element 4 'by splitting and recombining re-enter the Sagnac interferometer ground loop 3 and continue through these in the second, opposite direction.
  • FIG. 16 shows an embodiment in which the Sagnac interferometer ground loop 3 and a subordinate Sagnac interferometer loop 3 'are combined, wherein it is indicated by three points in FIG. 16 that, in principle, any number of subordinate Sagnac Interferometer loops can be arranged to achieve a multiple split of light pulses.
  • optical Reinforcing element 4 ' an isotropic amplifier crystal is provided.
  • the light pulse transmitted via the input 17 is conducted via a polarizing input-output beam splitter 21 'to a half-lambda element 20, via which the intensity ratio of the two partial light pulses is set.
  • the polarizing beam splitter 810 following in the beam direction splits the Light pulse in a reflected s-polarized partial light pulse and a transmitted p-polarized partial light pulse, wherein the s-polarized partial light pulse is deflected via two mirrors 820 and 830 on the other polarizing beam splitter 800 and reflected there and thereby a longer Path passes through as the p-polarized partial light pulse, which passes directly through the beam splitter 800.
  • the polarizing beam splitters 800 each form the first division / recombination nodes of the interferometer ground loop 3 and the subordinate interferometer loop 3 '.
  • FIG. 3 shows-in a further development of the embodiments according to FIGS.
  • Sagnac interferometer ground loop 3 is divided into two partial light pulses 30, 31 whose path is continued within the Sagnac interferometer ground loop 3 in the subordinate Sagnac interferometer loop 3 '.
  • the optical amplification element 4 is arranged asymmetrically in the illustrated embodiment in the subordinate Sagnac interferometer loop 3 '.
  • each partial light pulse 30, 31 coming from the Sagnac interferometer ground loop 3 is subdivided into two opposing, ie a total of four light pulses 300, 310, which constitute the subordinate Sagnac -Interferometer loop 3 'in opposite directions to be recombined then in each case to a light pulse, which exits from the subordinate Sagnac interferometer loop 3' and continues its path in the Sagnac interferometer ground loop 3 on to return to the input / output coupling unit 2.
  • the optical amplification element 4 is arranged at an asymmetrical position within the subordinate Sagnac interferometer loop 3 ', such that four time-shifted partial light pulses pass through the optical amplification element 4.
  • the subordinate Sagnac interferometer loop 3 ' may include a subordinate Sagnac interferometer loop (not shown in FIG. 3) which may be interleaved as often as desired with further Sagnac subordinate loops.
  • the Sagnac Interferometer ground loop 3 has a second divide / recombine node 8, through which the subordinate Sagnac interferometer loop 3 'is connected in the Sagnac interferometer ground loop 3, so that the Sagnac interferometer ground loop 3 in a first direction (arrow 30) passing partial light pulses on the second division / recombination node 8 after passing through the subordinate Sagnac interferometer loop 3 'by splitting and recombining in the Sagnac interferometer ground loop 3 re-enter and these in the first direction pass through the Sagnac interferometer ground loop 3 in a second, opposite direction (arrow 31) passing partial light pulses via the second splitting / recombining node 8 after passing through the subordinate Sagnac interferometer loop 3 'by dividing and recombining in the superordinate Sagnac interferometer loop 3 re-enter and this in the second, opposite continue through the direction.
  • FIG. 3 An embodiment equivalent to FIG. 3 is shown in FIG.
  • FIG. 4 shows an embodiment of the inventive arrangement with a Sagnac interferometer ground loop 3, in which the reinforcing element 4 is arranged as an optically isotropic laser crystal 70 in an asymmetric position.
  • the beam path within the Sagnac interferometer ground loop 3 is set up so that each partial light pulse passes through the laser crystal 70 twice (twice-pass) before both partial light pulses in the input / output coupling unit 2 close again be recombined a light pulse.
  • the input / output coupling unit 2 is composed of a half-wave element 20 and a polarizing beam splitter 21 in the embodiment according to FIG.
  • the lambda half-element 20 which is realized for example by a lambda half-plate, causes a rotation of the polarization of the incident, linearly polarized light pulse by 45 degrees.
  • the polarizing beam splitter 21 following in the beam direction splits the light pulse into a reflected beam. polarized partial light pulse and a transmitted p-polarized partial light pulse, whereby the p-polarized partial light pulse first passes through the laser crystal 70 due to the path difference and then only the s-polarized partial light pulse. The second pass is in the same order.
  • the input / output coupling unit 2 couples two counter-propagating partial light pulses into the Sagnac interferometer ground loop.
  • the two counterpart partial light pulses in the input / output coupling unit 2 are recombined into an outgoing light pulse.
  • FIG. 11 shows the spectral intensity for the p-polarized and the s-polarized partial light pulse after their amplification and the spectral intensity of the recombined partial light pulse at the output 18, which corresponds to the sum of the two partial intensities.
  • the laser crystal 5 shows a further embodiment of the arrangement according to the invention, in which the laser crystal 5 is formed by a - intrinsically or thermally induced - birefringent laser crystal 71, which is arranged asymmetrically in the Sagnac interferometer ground loop 3.
  • the input / output coupling unit 2 is constituted by a polarizing input-output beam splitter 28, a Faraday rotator 29 which rotates the polarization by 45 °, and the polarizing beam splitter 21 which are coupled to each other via an optical path.
  • the input-output beam splitter 28 allows a p-polarized light pulse transmitted from the light source 1 to pass unimpeded to the subsequent Faraday rotator 29, where the polarization is rotated by 45 °.
  • the one in the direction of arrival Subsequent polarizing beam splitter 21 couples the p-part light pulse in the counterclockwise direction and the s-part light pulse in a clockwise direction into the Sagnac interferometer G-loop 3.
  • the p-part light pulse After passing through the birefringent laser crystal 71 twice, the p-part light pulse is converted by a lambda half-element 23 into an s-polarized partial light pulse, which is then reflected back at the polarizing beam splitter 21 in the direction of the Faraday rotator 29 ,
  • the s-part light pulse is already converted before passing through the laser crystal 71 by means of the half-wave element 23 to a p-part light pulse to undistracted after passing through the laser crystal 71 twice to be passed through the polarizing beam splitter.
  • Both partial light pulses coupled out of the Sagnac interferometer basic loop 3 are recombined with the aid of the polarizing beam splitter 21 and the Faraday rotator 29 to form an amplified light pulse with s-polarization and via reflection at the input-output beam splitter 28 to the output 18 guided. Since the birefringent laser crystal 71 is traversed by all the p-polarization partial light pulses, the influence of the birefringence is compensated.
  • the embodiment shown in FIG. 6 realizes an asymmetrical arrangement of the birefringent laser crystal 71 with a respective simple one
  • Embodiment according to FIG. Here is by arranging a Faraday rotator
  • FIG. 7 shows an exemplary embodiment in which a Sagnac interferometer loop 3 'is connected to the Sagnac interferometer ground loop 3 according to FIG. 4, with respect to this subordinate Sagnac interferometer loop 3'. This corresponds to the arrangement as shown in FIG.
  • variable optical delay unit 50 occurs.
  • both the p-polarized partial light pulse and the s-polarized partial light pulse via the half-wave element 20' are again divided into two s and p subregions.
  • Reinforcing element 4 are conducted so that all four partial light pulses pass through the reinforcing element 4 and are then reflected back and again passed through this, resulting in a total of eight passes.
  • the mirror 44 is considered a vertical one
  • V-Retroreflektor executed, from which the reflected beam with respect to the entering beam in this height exits. Also, in the variable optical delay unit 50 ', such a mirror is used.
  • the half-wave element 51 rotates the polarization of the incident s-polarized partial pulses s1 ⁇ s2 'by 90 degrees, so that all partial light pulses are the gain element
  • the partial light pulses s1 ', s2' and p1 ', p2' from the subordinate Sagnac interferometer loop 3 'coming in the polarizing beam splitter 21' recombined and coupled as partial light pulses s and p in the Sagnac interferometer ground loop 3, which they now go through to the end.
  • the second dividing / recombining node 8 is formed in this embodiment by the half lamb element 20 'and the polarizing beam splitter 21'.
  • Fig. 8 shows an embodiment in which the Sagnac interferometer loop 3 'is connected to the Sagnac interferometer ground loop 3, and in turn a further subordinate Sagnac interferometer loop 3 " Sagnac interferometer ground loop 3 is constructed with the components explained in connection with Figure 5, as well as the two subordinate Sagnac interferometer loops 3 ', 3 ".
  • the beam path is shown simplified because of its complexity.
  • the embodiment shown in Figure 9 is constructed, with the difference compared to Figure 5, that at the transition between the Sagnac interferometer ground loop 3 and the subordinate Sagnac interferometer loop 3 ', the beam path of the s-polarized partial light pulse and the p-polarized partial light pulse via two separate beam splitter 28', which are directly connected to each other via an optical path 60, and subsequently via four further beam splitter 28 ", of which two are each directly connected to each other via an optical path 60 '.
  • each further subordinate Sagnac interferometer loop 3', 3" effects a distribution of the intensity of the subnetwork. Light pulses to half of the respective superior Sagnac interferometer loop.
  • a similar optical path as in the arrangements according to FIGS. 8 and 9 is selected in the embodiment according to FIG. Again, a Sagnac interferometer ground loop 3 and two subordinate Sagnac interferometer loops 3 ', 3 "are provided, the number of split sub-loops being loop-to-loop. Light pulses doubled, so that the asymmetrically arranged optical amplifying element 4 is traversed twice in total of eight partial light pulses.
  • FIG. 14 shows an embodiment of the invention in which, in contrast to the variant shown in FIG. 8, a lambda half cell cell 290, 290 ', 290 "and a half-lambda element 291, 291 ', 291 "is used.
  • the Pockels cell 290, 290', 290” rotates the plane of polarization by 90 degrees when an electric field is applied.
  • the Pockels cell is on while the light pulses enter and is off as the light pulses exit, resulting in a 90 degree rotation of the polarization plane of the output signal with respect to the input signal.
  • the Pockels cell may be turned off while the light pulses enter and turn on while the light pulses exit.
  • the state of the Pockels cell 290, 290 ', 290 is changed while the partial light pulses pass through the respective Sagnac interferometer loop 3, 3', 3".
  • FIG. 17 shows an embodiment of the invention in a further development of the embodiments according to FIGS. 15 and 16.
  • a Sagnac end loop 3 "formed by a polarizing beam splitter 800 and three mirrors 810, 820 and 830 replaces the Faraday rotator 370 and FIG of the mirror 320 in the exemplary embodiment according to Fig. 15 and Fig. 16.
  • a thin-film polarizer may be arranged in Fig. 17.
  • the optical amplification element 4 ' is coupled to the Sagnac end loop 3 ", in which a half-wave element 860 is arranged to compensate for the thermal birefringence and to avoid depolarization losses, the partial light pulses emerging from the optical amplification element 4' within the Sagnac End loop 3 "and after reassembling the Sagnac : Endschleife 3" and the half-wave element are reassembled and re-enter the optical gain element
  • the arrangement shown in Fig. 17 is not an application in combination with the inventive arrangement limited and works for both a single light pulse as well as for temporally separated partial light pulses.
  • FIG. 18 and 19 show the spectral and temporal intensity of a pulse after passing through a gain medium twice with a pulse exit energy of 54 .mu.J (FIG. 18) and 185 .mu.J (FIG. 19) in an arrangement according to the prior art.
  • FIG. 20 shows a pulse after twice passing through an arrangement according to the invention with a pulse exit energy of 220 .mu.J, wherein a division into four partial light pulses takes place.
  • the experiments show that the time-spectral structure of the light pulses in the arrangement according to the invention (FIG. 20) is unaltered the same as in the case of FIG. 18.
  • the arrangement according to the invention allows the generation of a quadruple pulse energy without destroying the temporal-spectral structure of the light pulses.
  • the temporal-spectral structure of the light pulses was distorted by the non-linear process of self-phase modulation, because additional Phase shares arise, and thus destroyed.
  • even irreversible destruction of the optical amplifying element was observed.

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Abstract

The invention relates to an arrangement for the optical amplification of light pulses, comprising a light source (1) for emitting light pulses; a Sagnac interferometric base loop (3) having an input/output coupling unit (2) that is connected to the light source (1) for splitting each emitted light pulse into two light pulses and couple them in opposite directions into the Sagnac interferometric base loop (3), the input/output coupling unit (2) being suited for again decoupling the split light pulses as a recombinant light pulse after these pulses have traversed the Sagnac interferometric base loop (3) in opposite directions; optionally with at least one Sagnac interferometric loop (3', 3'') which is subordinate to the Sagnac interferometric base loop (3); and with at least one optical amplification element (4, 4') which is arranged in such a manner that it is traversed by the light pulses, which were split in the Sagnac interferometric base loop (3) and, optionally, in the at least one subordinate Sagnac interferometric loop (3', 3''), in a temporally staggered manner, the split light pulses being combined to form an overall light pulse after their amplification.

Description

Anordnung zur optischen Verstärkung von Lichtpulsen Arrangement for the optical amplification of light pulses
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur optischen Verstärkung von Lichtpulsen.The invention relates to an arrangement for the optical amplification of light pulses.
Optische Verstärkung durch optisches Pumpen, z.B. mit intensiven Pumppulsen im Bereich von 10 ns bis 50 ns, und dadurch hervorgerufene stimulierte Emission findet sowohl im wissenschaftlichen als auch im technischen Bereich immer mehr Anwendung.Optical amplification by optical pumping, e.g. with intense pump pulses in the range of 10 ns to 50 ns, and stimulated emission caused thereby is used more and more in both the scientific and the technical field.
Das Hauptproblem bei der direkten optischen Verstärkung auf hohe Energien ist das Auftreten von parasitären Nichtlinearitäten (hohes B-Integral), welche die Energieskalierbarkeit begrenzen.The main problem with direct optical amplification to high energies is the occurrence of parasitic nonlinearities (high B integral) which limit energy scalability.
Einen Lösungsansatz, um zu hohe Leistungen in einem verstärkenden optischen Element zu gelangen, bietet die „Chirped Pulse Amplification"-Methode. Dabei wird das Spektrum eines kurzen Laserpulses, z.B. an einer Sequenz von Beugungsgittern gebeugt und auf diese Weise der Puls zeitlich gestreckt. Der nun deutlich längere Puls kann vergleichsweise einfach mit herkömmlichen Kristallen verstärkt und der verstärkte Puls mit Hilfe einer zweiten Sequenz von Beugungsgittern wieder komprimiert werden. Die Energie des Pulses bleibt dabei annähernd unverändert, was in einer deutlich höheren Pulsleistung resultiert. Durch Nichtlinearitäten in der Verstärkung sind auch in diesem Fall die erzielbaren Leistungen limitiert. Um dem entgegen zu wirken, wurden die Strahl- und Verstärkerkristallquerschnitte erhöht. Der erreichbaren Verstärkungsleistung sind aber auch hier durch die maximale thermische Belastbarkeit des Verstärkerkristalls Grenzen gesetzt.One approach to achieve high performance in a amplifying optical element is to use the "chirped pulse amplification" method, which diffracts the spectrum of a short laser pulse, for example, on a sequence of diffraction gratings, thereby stretching the pulse in time now significantly longer pulse can be relatively easily amplified with conventional crystals and the amplified pulse with a second sequence of diffraction gratings are compressed again.The energy of the pulse remains almost unchanged, resulting in a much higher pulse power.Nonlinearities in the gain are also In order to counteract this, the beam and amplifier crystal cross-sections have been increased, but the achievable amplification power is also limited by the maximum thermal load capacity of the amplifier crystal.
Eine weitere Verbesserung wurde mit der „Tilted Pulse Amplification" angestrebt, bei der aber die Anwendung von Beugungsgittern keine praktische Umsetzung ermöglicht.A further improvement was sought with the "Tilted Pulse Amplification", but in which the application of diffraction gratings does not allow practical implementation.
Des weiteren wurde die sogenannte „Divided Pulse Amplification" (DPA) vorgeschlagen, bei welcher Stapel von doppelbrechenden Kristallen durchlaufen werden. Hier besteht der Nachteil, dass diese Stapel bzw. die Kristalle mit jeder Pulsteilung exponentiell dicker werden, sodass rasch die materialtechnische Grenze erreicht ist.Furthermore, the so-called "Divided Pulse Amplification" (DPA) proposed to pass through in which stack of birefringent crystals. Here there is the disadvantage that these stacks or the crystals become exponentially thicker with each pulse division, so that the material-technical limit is reached quickly.
Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Anordnung zur optischen Verstärkung von Lichtpulsen anzugeben, die mit konstruktiv einfachen Mitteln realisierbar ist und ohne die übermäßige Anwendung von nichtlinearem Material in der Verstärkerkette auskommt.The object of the invention is therefore to provide an arrangement for the optical amplification of light pulses, which can be realized with structurally simple means and manages without the excessive use of non-linear material in the amplifier chain.
Erfindungsgemäß umfasst die Anordnung zur optischen Verstärkung von LichtpulsenAccording to the invention, the arrangement comprises optical amplification of light pulses
eine Lichtquelle zur Aussendung von Lichtpulsen,a light source for emitting light pulses,
eine Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife mit einer Eingangs/Ausgangskopplungs- Einheit, die mit der Lichtquelle verbunden ist, um jeden gesendeten Lichtpuls in zwei Lichtpulse aufzuteilen und diese in entgegengesetzten Richtungen in die Sagnac- Interferometer-Grund-Schleife einzukoppeln und welche Eingangs/Ausgangskopplungs-Einheit geeignet ist, die aufgeteilten Lichtpulse nach dem Durchlaufen der Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife in entgegengesetzten Richtungen als rekombinierten Lichtpuls wieder auszukoppeln,a Sagnac interferometer ground loop having an input / output coupling unit connected to the light source for dividing each transmitted light pulse into two light pulses and coupling them in opposite directions into the Sagnac interferometer ground loop; Output coupling unit is adapted to decouple the split light pulses after passing through the Sagnac interferometer ground loop in opposite directions as a recombined light pulse,
gegebenenfalls zumindest eine in Bezug auf die Sagnac-Interferometer-Grund- Schleife untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife, welche in die Sagnac- Interferometer-Grund-Schleife geschaltet ist, wobei die zumindest eine untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife ihrerseits jeweils eine gegenüber dieser untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife beinhalten kann, welche beliebig oft mit weiteren untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleifen verschachtelt sein kann,optionally at least one Sagnac interferometer loop subordinate to the Sagnac interferometer ground loop, which is connected in the Sagnac interferometer ground loop, the at least one subordinate Sagnac interferometer loop in turn being one subordinate to each other Sagnac interferometer loop, which can be nested as often as desired with further Sagnac subferometer loops,
und zumindest ein optisches Verstärkungselement, das so angeordnet ist, dass es von den in der Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife und gegebenenfalls in der zumindest einen untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleife aufgeteilten Lichtpulsen zeitlich versetzt durchlaufen wird und die aufgeteilten Lichtpulse nach ihrer Verstärkung zu einem Gesamt-Lichtpuls vereinigt werden.and at least one optical gain element arranged to be different from those in the Sagnac interferometer ground loop and optionally in the at least a subordinate Sagnac interferometer loop split light pulses is traversed in time and the split light pulses are combined after their amplification into a total light pulse.
Die Erfindung wendet somit als Grundbaustein zur Erzielung einer Pulsteilung ein Sagnac-Interferometer an, mit dessen Hilfe zwei gegenläufige Teil-Lichtpulse erzeugt werden, die mit einer zeitlichen Versetzung durch ein optisches Verstärkungselement geleitet und dann in verstärkter Form wieder zu einem Gesamtpuls vereinigt werden. Dabei kann durch Ineinanderverschachtelung von mehreren Sagnac-Interferometern eine mehrfache Aufteilung und zeitliche Versetzung des Lichtpulses erreicht werden, sodass die Teil-Lichtpulse während des Durchlaufens der Sagnac-Interferometer das Verstärkungselement nacheinander durchlaufen und anschließend wieder in den Sagnac-Interferometern zu einem Gesamtpuls vereinigt werden. Jede untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife teilt die bereits geteilten Lichtpulse jeweils nochmals in zwei Teil-Lichtpulse.The invention thus uses a Sagnac interferometer as a basic building block to achieve a pulse division, with the aid of which two counterpart partial light pulses are generated, which are conducted with a temporal offset through an optical amplification element and then combined again in an amplified form to form an overall pulse. In this case, a multiple division and temporal offset of the light pulse can be achieved by interlacing several Sagnac interferometers, so that the partial light pulses pass through the amplification element during the passage of the Sagnac interferometer and then combined again in the Sagnac interferometers to form an overall pulse. Each subordinate Sagnac interferometer loop divides the already divided light pulses again into two partial light pulses.
Die zeitliche Versetzung, mit der die Teil-Lichtpulse durch das optische Verstärkungselement hindurchtreten, wird durch geeignetes räumliches Anordnen des Verstärkungselements innerhalb oder außerhalb der Sagnac-Interferometer- Grund-Schleife bzw. der untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleifen erzielt. Ingesamt ergibt sich bei Verwendung von reduzierten Pulsintensitäten unterhalb der optischen Schädigungsschwelle eine erhöhte Energieextraktion aus dem Verstärkerelement bei gleichzeitiger Vermeidung von unerwünschten parasitären Nichtlinearitäten.The temporal offset with which the partial light pulses pass through the optical amplification element is achieved by suitably arranging the amplification element inside or outside the Sagnac interferometer ground loop and the subordinate Sagnac interferometer loops, respectively. Overall, using reduced pulse intensities below the optical damage threshold results in increased energy extraction from the amplifier element while avoiding unwanted parasitic nonlinearities.
Eine mögliche Ausführungsform kann darin bestehen, dass die Sagnac- Interferometer-Grund-Schleife oder die zumindest eine untergeordnete Sagnac- Interferometer-Schleife einen asymmetrisch angeordneten ersten Teilungs/Rekombinierungsknoten aufweist, der mit dem zumindest einen optischen Verstärkungselement so gekoppelt ist, dass die die Sagnac-Interferometer-Grund- Schleife oder die zumindest eine untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife in eine erste Richtung durchlaufenden Teil-Lichtpulse über den ersten Teilungs/Rekombinierungsknoten nach Durchlaufen des zumindest einen optischen Verstärkungselements durch Aufteilen und Rekombinieren in die Sagnac- Interferometer-Grund-Schleife oder in die zumindest eine untergeordnete Sagnac- Interferometer-Schleife wiedereintreten und diese in der ersten Richtung weiter durchlaufen und die die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife oder die zumindest eine untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife in eine zweite, entgegengesetzte Richtung durchlaufenden Teil-Lichtpulse über den ersten Teilungs/Rekombinierungsknoten nach Durchlaufen des zumindest einen optischen Verstärkungselements durch Aufteilen und Rekombinieren in die Sagnac- Interferometer-Grund-Schleife oder in die zumindest eine untergeordnete Sagnac- Interferometer-Schleife wiedereintreten und diese in der zweiten, entgegengesetzten Richtung weiter durchlaufen.A possible embodiment may be that the Sagnac interferometer ground loop or the at least one Sagnac subordinate interferometer loop has an asymmetrically arranged first division / recombination node coupled to the at least one optical gain element such that the Sagnac Interferometer ground loop or the at least one subordinate Sagnac interferometer loop in a first direction passing partial light pulses over the first Dividing / recombining nodes after passing through the at least one optical amplifying element by dividing and recombining in the Sagnac interferometer ground loop or in the at least one subordinate Sagnac interferometer loop re-enter and continue in the first direction and the Sagnac interferometer Basic loop or the at least one subordinate Sagnac interferometer loop in a second, opposite direction passing partial light pulses via the first division / recombination node after passing through the at least one optical amplifying element by splitting and recombining in the Sagnac interferometer ground loop or enter the at least one subordinate Sagnac interferometer loop and continue through it in the second, opposite direction.
Der erste Teilungs/Rekombinierungsknoten, z.B. ein polarisierender Strahlteiler, ist dabei an einer asymmetrischen Position in der Sagnac-Interferometer-Grund- Schleife bzw. der oder den untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleifen angeordnet.The first split / recombine node, e.g. a polarizing beam splitter, is arranged at an asymmetric position in the Sagnac interferometer ground loop or the subordinate Sagnac interferometer loops.
Aufgrund des dadurch vorliegenden Unterschieds in der Länge der von den geteilten Lichtpulsen in entgegengesetzter Richtung durchlaufenen Strecke kommt es zu einer Zeitversetzung der geteilten Lichtpulse am ersten Teilungs/Rekombinierungsknoten - „erster" bezieht sich hier nicht auf die Reihenfolge sondern dient der Unterscheidung zu einem weiter unten beschriebenen zweiten Teilungs/Rekombinierungsknoten - der jeweiligen Interferometer-Schleife, wodurch das mit dem ersten Teilungs/Rekombinierungsknoten gekoppelteDue to the difference in the length of the path traveled by the split light pulses in the opposite direction, there is a time offset of the split light pulses at the first division / recombination node - "first" does not refer to the order here but serves to distinguish one below second division / recombining node - of the respective interferometer loop, whereby the one coupled to the first division / recombining node
Verstärkungselement von den Lichtpulsen getrennt durchlaufen wird. Die beiden Lichtpulse werden nach diesem Durchlaufen nochmals durch das Verstärkungselement hindurchgeführt, z.B. indem sie an einem Spiegel reflektiert werden und dabei z.B. durch einen Faraday-Rotator zweifach hindurchtreten, und anschließend über den ersten Teilungs/Rekombinierungsknoten wieder in die zugehörige Interferometer-Schleife eingekoppelt. Dabei ist das optische Verstärkungselement als isotropes Verstärkungselement ausgeführt. Bei entsprechender Nacheinanderschaltung können an die Sagnac-Interferometer- Grund-Schleife eine oder mehrere untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleifen mit jeweiligen ersten Teilungs/Rekombierungsknoten aneinandergereiht werden, wobei an die letzte der untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleifen dasReinforcement element is passed through the light pulses separately. The two light pulses are again passed through the reinforcing element after this passage, for example, by being reflected on a mirror and thereby pass twice through a Faraday rotator, for example, and then coupled back into the associated interferometer loop via the first division / recombination node. In this case, the optical reinforcing element is designed as an isotropic reinforcing element. With appropriate sequencing, one or more Sagnac subordinate interferometer loops may be sequenced with respective first divide / recombine nodes to the Sagnac interferometer ground loop, with the last of the subordinate Sagnac interferometer loops connected to the Sagnac interferometer loops
Verstärkungselement angekoppelt ist. Dadurch kann nach der Wiedervereinigung der verstärkten aufgespalteten Lichtpulse eine entsprechende mehrfache Verstärkung des ursprünglichen Lichtpulses erzielt werden.Reinforcement element is coupled. As a result, after the reunification of the amplified split light pulses, a corresponding multiple amplification of the original light pulse can be achieved.
Ein zylinderförmiges isotropes Verstärkungselement, z.B. ein isotroper Laser-Kristall entwickelt selbst bei uniformer interner Wärmedeposition ein quadratisches, radiales Temperaturprofil und damit direkt ein quadratisches, radiales Brechungsindexprofil, das wie eine Linse mit variabler Brennweite wirkt. Die Stärke der thermischen Linse ist proportional zur optischen Pumpleistung. Thermische Gradienten führen außerdem zu inhomogenen mechanischen Spannungsverteilungen im Kristall, die z.B. in Nd:YAG unterschiedlich in radialer und azimutaler Richtung sind, und damit aufgrund des photoelastischen Effektes zu thermisch induzierter Doppelbrechung und thermisch induzierter Bifokussierung führen. Für linear polarisierte Laserpulse führt die thermisch induzierte Doppelbrechung zudem zu Depolarisationsverlusten, da ein linear polarisierter Strahl nach Durchgang durch den Verstärkungs-Kristall elliptisch polarisiert ist. Im allgemeineren Fall einer nicht-uniformen internen Wärmedeposition wird das beschriebene Verhalten noch komplizierter. Zur Kompensation der thermischen Doppelbrechung und Vermeidung von Depolarisationsverlusten müssen erstens die radialen und die tangentialen Polarisationen zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kristall-Durchläufen ausgetauscht werden und es muss zweitens das Strahlprofil um eine Achse gespiegelt werden.A cylindrical isotropic reinforcing element, e.g. an isotropic laser crystal develops a square, radial temperature profile even with uniform internal heat deposition and thus directly a square, radial refractive index profile, which acts like a lens with variable focal length. The thickness of the thermal lens is proportional to the optical pump power. Thermal gradients also lead to inhomogeneous mechanical stress distributions in the crystal, e.g. in Nd: YAG are different in the radial and azimuthal directions, and thus lead to thermally induced birefringence and thermally induced bifocussing due to the photoelastic effect. For linearly polarized laser pulses, the thermally induced birefringence also leads to depolarization losses, since a linearly polarized beam is elliptically polarized after passing through the amplification crystal. In the more general case of non-uniform internal heat deposition, the behavior described becomes even more complicated. First, to compensate for thermal birefringence and avoid depolarization losses, the radial and tangential polarizations must be exchanged between two consecutive crystal passes, and second, the beam profile must be mirrored about an axis.
Diese beiden Bedingungen können erfüllt werden, indem eine Sagnac- Interferometer-Schleife mit einem Halb-Wellenelement innerhalb dieser Schleife zwischen zwei aufeinanderfolgenden Durchgängen durch das isotrope Verstärkermedium durchlaufen wird. Dies kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung dadurch erzielt werden, dass das optische Verstärkungselement mit einer Sagnac-Endschleife gekoppelt ist, in welcher zur Kompensation der thermischen Doppelbrechung und zur Vermeidung von Depolarisationsverlusten ein Halb-Wellenelement angeordnet ist, wobei die aus dem optischen Verstärkungselement austretenden Teil-Lichtpulse innerhalb der Sagnac-Endschleife aufgeteilt und nach Durchlaufen der Sagnac- Endschleife und des Halb-Wellenelements wieder zusammengesetzt werden und erneut in das optische Verstärkungselement eintreten.These two conditions can be met by traversing a Sagnac interferometer loop with a half-wave element within this loop between two consecutive passes through the isotropic amplifier medium. This can be achieved according to a further embodiment of the invention in that the optical amplification element is coupled to a Sagnac end loop in which a half-wave element is arranged to compensate for the thermal birefringence and to avoid Depolarisationsverlusten, wherein emerging from the optical gain element Split partial light pulses within the Sagnac end loop and reassembled after passing through the Sagnac end loop and the half-wave element and re-enter the optical gain element.
Durch die Anordnung des Halb-Wellenelements, insbesondere einer Halb- Wellenplatte wird eine Drehung der Polarisation um 90° herbeigeführt und erlaubt damit den Austausch der radialen und tangentialen Polarisationen der Lichtpulse zwischen zwei aufeinanderfolgenden Durchläufen durch das Verstärkungselement, wodurch die thermisch induzierte Doppelbrechung und Depolarisation kompensiert wird.The arrangement of the half-wave element, in particular a half-wave plate causes a rotation of the polarization by 90 ° and thus allows the exchange of the radial and tangential polarizations of the light pulses between two successive passes through the reinforcing element, whereby the thermally induced birefringence and depolarization compensated becomes.
Anstelle der Sagnac-Endschleife kann - allerdings ohne den Vorteil einer Kompensation der thermisch induzierten Doppelbrechung - eine Anordnung aus einem Faraday-Rotator und einem Spiegel treten, welche dazu geeignet ist, den aus dem optischen Verstärkungselement austretenden Teil-Lichtpuls in die Gegenrichtung umzulenken und wieder in das Verstärkungselement eintreten zu lassen. Der Faraday-Rotator sorgt für eine entsprechende Drehung der Polarisation des Teil-Lichtpulses.Instead of the Sagnac end loop can - but without the advantage of compensation of thermally induced birefringence - an arrangement of a Faraday rotator and a mirror occur, which is adapted to deflect the light emerging from the optical gain element partial light pulse in the opposite direction and again to enter the reinforcing element. The Faraday rotator provides a corresponding rotation of the polarization of the partial light pulse.
Eine andere Variante der Erfindung kann darin bestehen, dass das Verstärkungselement innerhalb der Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife oder innerhalb der zumindest einen untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleife oder den weiteren untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleifen an einer asymmetrischen Position angeordnet ist, um von den aufgeteilten Lichtpulsen zeitlich voneinander getrennt in entgegengesetzter Richtung zumindest einmal durchlaufen zu werden. Es wird die zeitliche Separation der zwei auf diese Weise geteilten, gegenläufigen Pulse beim Durchlaufen des optischen Verstärkungselements durch jeweils unterschiedliche Wegstrecken zwischen der Eingangs/Ausgangs-Kopplungs- Einheit und dem optischen Verstärkungselement erzielt. Dies wird durch die asymmetrische Anordnung des optischen Verstärkungselements in der Sagnac- Interferometer -Grund-Schleife oder einer der weiteren untergeordneten Sagnac- Interferometer-Schleifen ermöglicht.Another variation of the invention may be that the gain element is located within the Sagnac interferometer ground loop or within the at least one Sagnac sub interferometer loop or the other Sagnac Sinter interferometer loops at an asymmetric position to move from the split light pulses are separated from each other at least once in the opposite direction in time. The temporal separation of the two counter-pulses thus divided when passing through the optical amplifying element is achieved by respectively different distances between the input / output coupling unit and the optical amplifying element. This is made possible by the asymmetric arrangement of the optical amplifying element in the Sagnac interferometer ground loop or one of the other subordinate Sagnac interferometer loops.
Dabei kann das Verstärkungselement von den geteilten Lichtpulsen mehrmals durchlaufen werden.In this case, the reinforcing element can be traversed several times by the split light pulses.
Mit anderen Worten wird, um die bei der optischen Verstärkung erzeugte Spitzenleistung im optischen Verstärkungselement herabzusetzen, der über die Eingangs/Ausgangs-Kopplungs-Einheit eingekoppelte Lichtpuls geteilt und durch die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife mit unterschiedlicher Weglänge in Bezug auf das optische Verstärkungselement im Vorwärts- und im Rückwärtskreis gesendet, um dann in der Eingangs/Ausgangs-Kopplungs-Einheit wieder rekombiniert zu werden. -In other words, in order to reduce the peak power generated in the optical amplifying element in the optical amplifying element, the light pulse coupled in via the input / output coupling unit is divided and by the Sagnac interferometer fundamental loop having different path length with respect to the optical amplifying element in the forward and in the reverse circuit, to be recombined in the input / output coupling unit. -
Eine weitere Reduktion der Belastung des optischen Verstärkungselements ergibt sich, wenn die eine oder mehreren untergeordnete(n) Sagnac-Interferometer- Schleifen in die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife eingesetzt werden, sodass die geteilten Pulse jeweils nochmals geteilt werden.A further reduction in the loading of the optical gain element occurs when the one or more Sagnac subordinate loops are inserted into the Sagnac interferometer ground loop so that the divided pulses are each split again.
Eine Ausführungsform der Erfindung kann darin bestehen, dass das optische Verstärkungselement ein Laser-Kristall ist, wobei der Laser-Kristall ein isotroper Laser-Kristall sein kann. Auf diese Weise kann innerhalb bestimmter Anwendungsgrenzen eine nennenswerte optische Verstärkung erzielt werden. Bei Anwendung mehrerer erfindungsgemäß verschachtelter Sagnac-Interferometer- Schleifen kann die optische Verstärkung entsprechend erhöht werden, ohne die für das optische Verstärkungselement maximal zulässige Spitzenleistung zu überschreiten.An embodiment of the invention may be that the optical amplifying element is a laser crystal, wherein the laser crystal may be an isotropic laser crystal. In this way, appreciable optical amplification can be achieved within certain application limits. By using a plurality of Sagnac interferometer loops nested according to the invention, the optical gain can be correspondingly increased without the maximum allowable peak power for the optical gain element exceed.
Es kann der Laser-Kristall auch als ein doppelbrechender Laser-Kristall vorgesehen sein, wobei entsprechende Vorkehrungen getroffen werden müssen, um den Einfluss der Doppelbrechung auf die den Laser-Kristall durchlaufenden Teil-Lichtpulse zu kompensieren.The laser crystal may also be provided as a birefringent laser crystal and appropriate precautions must be taken to compensate for the influence of birefringence on the partial laser pulses passing through the laser crystal.
Darüber hinaus ist das im Rahmen der Erfindung einsetzbare optische Verstärkungselement aber nicht auf Verstärkung basierend auf stimulierter Emission beschränkt, weshalb das optische Verstärkungselement beispielsweise auch ein optisch parametrischer Verstärker-Kristall sein kann.In addition, however, the optical amplifying element employable in the invention is not limited to amplification based on stimulated emission, and therefore the optical amplifying element may be, for example, an optical parametric amplifying crystal.
Die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife kann eine oder mehrere untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleifen beinhalten, die als Teil des optischen Pfades von allen Teil-Lichtpulsen vollständig durchlaufen werden, wobei dabei wieder eine Aufspaltung in Teil-Lichtpulse vorgenommen wird.The Sagnac interferometer ground loop may include one or more subordinate Sagnac interferometer loops, which as part of the optical path are completely traversed by all sub-light pulses, again splitting into sub-light pulses.
Dies kann gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung für eine untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife dadurch umgesetzt sein, dass die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife einen zweitenThis may be implemented in accordance with another embodiment of the invention for a subordinate Sagnac interferometer loop, in that the Sagnac interferometer ground loop has a second
Teilungs/Rekombinierungsknoten aufweist, über den in die Sagnac-Interferometer- Grund-Schleife die untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife geschaltet ist, sodass die die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife in eine erste Richtung durchlaufenden Teil-Lichtpulse über den zweiten Teilungs/Rekombinierungsknoten nach Durchlaufen der untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleife durch Aufteilen und Rekombinieren in die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife wiedereintreten und diese in der ersten Richtung weiter durchlaufen und die die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife in eine zweite, entgegengesetzte Richtung durchlaufenden Teil-Lichtpulse über den zweiten Teilungs/Rekombinierungsknoten nach Durchlaufen der untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleife durch Aufteilen und Rekombinieren in die übergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife wiedereintreten und diese in der zweiten, entgegengesetzten Richtung weiter durchlaufen.Dividing / recombining node over which the Sagnac interferometer fundamental loop is connected to the Sagnac subordinate interferometer loop so that the Sagnac interferometer fundamental loop passes in a first direction through the second division / recombination node after passing through the subordinate Sagnac interferometer loop by splitting and recombining, re-enter the Sagnac interferometer ground loop and continue through it in the first direction, passing the Sagnac interferometer ground loop in a second, opposite direction. Light pulses pass through the second divide / recombine node after passing through the Sagnac subordinate interferometer loop by splitting and recombining into the superordinate Sagnac interferometer loop and propagating them in the second, opposite direction run through.
Der zweite Teilungs/Rekombinierungsknoten kann durch zwei polarisierende Strahlteiler und ein Lambda-Viertel-Element oder ein Lambda-Halbe-Element oder einen Faraday-Rotator gebildet sein, die über einen optischen Pfad direkt miteinander gekoppelt sind. Auf diese Weise können die in die untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife eintretenden Teil-Lichtpulse erneut aufgeteilt und nach dem Durchlaufen wieder zu Teil-Lichtpulsen rekombiniert werden, die dann den Durchlauf der Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife fortsetzen.The second divide / recombine node may be formed by two polarizing beam splitters and a quarter-wave element or a half-wave element or a Faraday rotator, which are directly coupled together via an optical path. In this way, the sub-light pulses entering the subordinate Sagnac interferometer loop can be redivided and recombined, after passing through, back into sub-light pulses, which then continue to travel through the Sagnac interferometer ground loop.
Analog dazu kann die Eingangs/Ausgangs-Kopplungs-Einheit ein Lambda-Viertel- Element oder ein Lambda-Halbe-Element oder einen Faraday-Rotator sowie einen polarisierenden Strahlteiler umfassen, die über einen optischen Pfad direkt miteinander gekoppelt sind. Damit ist die Funktion der Eingangs/Ausgangs- Kopplungs-Einheit, die im Aufteilen von in die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife gesendeten Lichtpulsen und Rekombinieren von aus der Schleife austretenden Teil- Lichtpulsen besteht, auf einfache Weise gewährleistet.Analogously, the input / output coupling unit may comprise a quarter-wave element or a half-wave element or a Faraday rotator and a polarizing beam splitter, which are coupled directly to one another via an optical path. Thus, the function of the input / output coupling unit, which consists in splitting light pulses transmitted into the Sagnac interferometer ground loop and recombining part light pulses emerging from the loop, is easily ensured.
Alternativ dazu kann die Eingangs/Ausgangs-Kopplungs-Einheit ein Lambda-Viertel- Element oder einen Faraday-Rotator sowie zwei polarisierende Strahlteiler umfassen, die über einen optischen Pfad direkt miteinander gekoppelt sind.Alternatively, the input / output coupling unit may comprise a quarter-wave element or a Faraday rotator and two polarizing beam splitters which are directly coupled together via an optical path.
Nachstehend wird die Erfindung anhand der in den Zeichnungen dargestelltenHereinafter, the invention with reference to the illustrated in the drawings
Ausführungsbeispiele eingehend erläutert. Es zeigt dabei Fig.1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der erfindungsgemäßenEmbodiments explained in detail. FIG. 1 shows a schematic representation of an embodiment of the invention
Anordnung zur optischen Verstärkung;Arrangement for optical amplification;
Fig.2 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung;A schematic representation of a further embodiment of the arrangement according to the invention;
Fig. 3 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung;Fig. 3 is a schematic representation of another embodiment of the arrangement according to the invention;
Fig. 4 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung; Fig.5 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung;4 shows a schematic representation of a further embodiment of the arrangement according to the invention; 5 shows a schematic representation of a further embodiment of the arrangement according to the invention;
Fig.6 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung; Fig.7 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung;6 shows a schematic representation of a further embodiment of the arrangement according to the invention; 7 shows a schematic representation of a further embodiment of the arrangement according to the invention;
Fig. 8 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung;8 shows a schematic representation of a further embodiment of the arrangement according to the invention;
Fig.9 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung;9 shows a schematic representation of a further embodiment of the arrangement according to the invention;
Fig.10 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung;10 shows a schematic representation of a further embodiment of the arrangement according to the invention;
Fig.11 ein Diagramm der spektralen Intensität der verstärkten Teil-Lichtpulse sowie des rekombinierten Lichtpulses; Fig.12 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung;11 shows a diagram of the spectral intensity of the amplified partial light pulses and of the recombined light pulse; FIG. 12 a schematic representation of a further embodiment of the arrangement according to the invention; FIG.
Fig.13 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung;Figure 13 is a schematic representation of another embodiment of the inventive arrangement.
Fig.14 eine Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung;FIG. 14 shows a representation of a further embodiment of the arrangement according to the invention; FIG.
Fig.15 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung;Figure 15 is a schematic representation of another embodiment of the inventive arrangement.
Fig.16 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ; Fig.17 eine schematische Darstellung einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung;16 shows a schematic representation of a further embodiment of the arrangement according to the invention; 17 shows a schematic representation of a further embodiment of the arrangement according to the invention;
Fig.18, Fig.19 jeweils Diagramme der spektralen und der zeitlichen Intensität von verstärkten Lichtpulsen nach dem zweimaligen Durchlaufen einesFig.18, Fig.19 respectively diagrams of the spectral and temporal intensity of amplified light pulses after passing through a twice
Verstärkungselements in einer Anordnung nach dem Stand der Technik und Fig.20 Diagramme der spektralen und der zeitlichen Intensität von verstärktenFIG. 20 shows graphs of the spectral and temporal intensity of amplified. FIG
Lichtpulsen nach dem zweimaligen Durchlaufen eines Verstärkungselements in einer erfindungsgemäßen Anordnung, wobei eine Aufteilung in vier Teil-Lichtpulse stattfindet.Light pulses after passing through a gain element in an inventive arrangement twice, wherein a division into four partial light pulses takes place.
Fig.1 zeigt eine Anordnung zur optischen Verstärkung von Lichtpulsen unter Zuhilfenahme eines Sagnac-Interferometer-Strahlengangs.1 shows an arrangement for the optical amplification of light pulses with the aid of a Sagnac interferometer beam path.
Zu diesem Zweck ist eine Lichtquelle 1 zur Aussendung von Lichtpulsen und eine Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife 3 vorgesehen, die über eine Eingangs/Ausgangskopplungs-Einheit 2 miteinander gekoppelt sind. Die Eingangs/Ausgangskopplungs-Einheit 2 teilt jeden über einen Eingang 17 gesendeten Lichtpuls (Pfeil 32) in zwei Teil-Lichtpulse (Pfeil 30 und 31 ) auf und koppelt diese in entgegengesetzten Richtungen in die Sagnac-Interferometer-Grund- Schleife 3 ein.For this purpose, a light source 1 for emitting light pulses and a Sagnac interferometer ground loop 3 are provided, which are coupled together via an input / output coupling unit 2. The input / output coupling unit 2 divides each light pulse (arrow 32) sent via an input 17 into two partial light pulses (arrows 30 and 31) and couples them into the Sagnac interferometer ground loop 3 in opposite directions.
Auf welche Weise die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife 3 realisiert ist, z.B. mit einer kreisförmig geführten Glasfaser-Leitung (Fig.12) oder mit einem über Spiegeln umgelenkten, optischen Pfad, unterliegt im Rahmen der Erfindung keinerlei Einschränkungen. In der Prinzipskizze gemäß Fig.1 sind an den Umlenkstellen des optischen Pfads keine dafür geeigneten Vorrichtungen eingezeichnet, diese können aber z.B. durch Spiegel-Elemente verwirklicht sein.How the Sagnac interferometer ground loop 3 is realized, e.g. with a circular guided glass fiber line (Figure 12) or with a deflected by mirrors, optical path, is subject in the context of the invention, no restrictions. In the schematic diagram according to FIG. 1, no suitable devices are shown at the deflection points of the optical path; be realized by mirror elements.
Eine geeignete Lichtquelle 1 ist beispielsweise eine Lichtquelle, die ultrakurze Lichtpulse mit der Dauer von 10 ps bis 50 ps und einer Wiederholfrequenz von 1000 Hz aussendet.A suitable light source 1 is, for example, a light source which emits ultrashort light pulses with a duration of 10 ps to 50 ps and a repetition frequency of 1000 Hz.
Der eine Teil-Lichtpuls, symbolisiert durch Pfeil 30, durchläuft dabei die Sagnac- Interferometer-Grund-Schleife 3 im Uhrzeigersinn, während der andere Teil- Lichtpuls gemäß Pfeil 31 sie im Gegen-Uhrzeigersinn durcheilt.The one partial light pulse, symbolized by arrow 30, thereby passes through the Sagnac interferometer ground loop 3 in the clockwise direction, while the other partial light pulse according to arrow 31 hurries it counterclockwise.
Nachdem die Teil-Lichtpulse die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife 3 durchlaufen haben, treffen diese bei der Eingangs/Ausgangskopplungs-Einheit 2 wieder aufeinander, welche geeignet ist, die aufgeteilten Lichtpulse als rekombinierten Lichtpuls, der in Fig.1 durch Pfeil 33 angedeutet ist, wieder auszukoppeln. Dieser rekombinierte Lichtpuls ist optisch verstärkt und erscheint daher am Ausgang 18 mit höherer Intensität auf als der in den Eingang 17 gesendete Lichtpuls.After the partial light pulses have passed through the Sagnac interferometer ground loop 3, they meet again in the input / output coupling unit 2, which is suitable, the divided light pulses as a recombined light pulse, indicated in Figure 1 by arrow 33 is again decouple. This recombined light pulse is optically amplified and therefore appears at the output 18 with a higher intensity than the light pulse sent into the input 17.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig.1 ist ein optisches Verstärkungselement 4 derart angeordnet, dass es von den in der Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife 3 aufgeteilten Lichtpulsen zeitlich versetzt durchlaufen wird und die aufgeteilten Lichtpulse nach ihrer Verstärkung zu einem Gesamt-Lichtpuls vereinigt werden.In the exemplary embodiment according to FIG. 1, an optical amplification element 4 is arranged in such a way that it is traversed in a time-offset manner by the light pulses divided in the Sagnac interferometer ground loop 3 and the divided light pulses are combined after their amplification into an overall light pulse.
Um die optische Verstärkung im Ausführungsbeispiel gemäß Fig.1 zu erreichen, ist das optische Verstärkungselement 4, das z.B. durch einen Laser-Kristall 5 gebildet sein kann, innerhalb der Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife 3 an einer asymmetrischen Position angeordnet, um von den aufgeteilten Lichtpulsen zeitlich voneinander getrennt in entgegengesetzter Richtung zumindest einmal durchlaufen zu werden. Das optische Verstärkungselement ist aber nicht auf das Prinzip der Verstärkung basierend auf stimulierter Emission beschränkt, sondern es kann z.B. auch ein optisch parametrischer Verstärker-Kristall Anwendung finden, mit dem eine parametrische Verstärkung ausgeführt wird.In order to achieve the optical amplification in the embodiment according to Fig. 1, the optical amplifying element 4, e.g. may be formed by a laser crystal 5, arranged within the Sagnac interferometer ground loop 3 at an asymmetric position to be traversed by the split light pulses at least once in the opposite direction in the opposite direction. However, the optical amplifying element is not limited to the principle of amplification based on stimulated emission, but it may be e.g. also find an optical parametric amplifier crystal application, with which a parametric amplification is performed.
Unter asymmetrischer Position sind dabei alle Stellen zu verstehen, die gegenüber der symmetrischen Position 89 nennenswert versetzt sind, sodass sich eine zeitliche Separation der aufgeteilten Lichtpulse im optischen Verstärkungselement 4 ergibt.In this case, the term asymmetric position means all positions that are appreciably offset from the symmetrical position 89, so that a temporal separation of the divided light pulses in the optical amplification element 4 results.
Wie aus Fig. 1 ersichtlich, ist daher innerhalb der Sagnac-Grund-Schleife 3 aus geometrischen Gründen der Weg zum optischen Verstärkungselement 4 für den im Uhrzeigersinn umlaufenden Lichtpuls 30 länger als für den im Gegen-Uhrzeigersinn umlaufenden Lichtpuls 31. Auf diese Weise kommt der eine Lichtpuls später beim optischen Verstärkungselement 4 an als der gegenläufige und eine zeitliche Separation beim Durchlaufen des optischen Verstärkungselements wird erreicht.As is apparent from Fig. 1, therefore, within the Sagnac ground loop 3 for geometric reasons, the path to the optical amplifying element 4 for the circulating in the clockwise light pulse 30 is longer than for the counterclockwise rotating light pulse 31. In this way, the a light pulse later on the optical amplifying element 4 than the opposite and a temporal separation in passing through the optical amplifying element is achieved.
Fig.2 zeigt eine äquivalente Anordnung, in welcher die Lichtein- und -auskopplung in umgekehrter Weise erfolgt. Fig.15 zeigt eine zu Fig.1 und Fig.2 alternative Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung, bei der über einen asymmetrisch angeordneten ersten Teilungs/Rekombinierungsknoten 800 zeitversetzte Teil-Lichtpulse in das Verstärkungselement 4' zugeführt und nach der Verstärkung wieder in die Sagnac- Interferometer-Grund-Schleife 3 zurückgeleitet werden. Die beiden zeitversetzten Teil-Lichtpulse laufen dabei in Richtung des Pfeils 310 zunächst durch das optische Verstärkungselement 4' hindurch und werden nach Reflexion an einem Spiegel 320 in der Gegenrichtung noch einmal durch das optische Verstärkungselement 4' hindurchgeführt. Damit beim Zurückeintreten in die Interferometer-Grund-Schleife 3 die passende Polarisation der Teil-Lichtpulse vorliegt, durchlaufen diese vor und nach der Reflexion am Spiegel 320 einen Faraday-Rotator 370, der die Polarisationsebene um jeweils 45° dreht.Fig. 2 shows an equivalent arrangement in which the light input and output takes place in the reverse manner. 15 shows an alternative to Figure 1 and Figure 2 embodiment of the inventive arrangement in which over an asymmetrically arranged first division / recombining node 800 time-shifted partial light pulses fed into the gain element 4 'and after amplification back into the Sagnac interferometer -Ground Loop 3 will be returned. The two time-shifted partial light pulses in this case run in the direction of the arrow 310 first through the optical reinforcing element 4 'and, after being reflected on a mirror 320 in the opposite direction, passed once again through the optical reinforcing element 4'. So that when returning to the interferometer ground loop 3 the appropriate polarization of the partial light pulses is present, these pass through before and after the reflection on the mirror 320 a Faraday rotator 370, which rotates the polarization plane by 45 °.
Der asymmetrisch angeordnete erste Teilungs/Rekombinierungsknoten 800 ist dabei mit dem optischen Verstärkungselement 4' so gekoppelt, dass die die Sagnac- Interferometer-Grund-Schleife 3 in eine erste Richtung durchlaufenden Teil- Lichtpulse über den ersten Teilungs/Rekombinierungsknoten 800 nach Durchlaufen des optischen Verstärkungselements 4' durch Aufteilen und Rekombinieren in die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife 3 wiedereintreten und diese in der ersten Richtung weiter durchlaufen und die die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife 3 in eine zweite, entgegengesetzte Richtung durchlaufenden Teil-Lichtpulse über den ersten Teilungs/Rekombinierungsknoten 800 nach Durchlaufen des zumindest einen optischen Verstärkungselements 4' durch Aufteilen und Rekombinieren in die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife 3 wiedereintreten und diese in der zweiten, entgegengesetzten Richtung weiter durchlaufen.The asymmetrically arranged first dividing / recombining node 800 is coupled to the optical amplifying element 4 'such that the partial light pulses passing through the Sagnac interferometer fundamental loop 3 in a first direction pass through the first dividing / recombining node 800 after passing through the optical amplifying element 4 're-enter into the Sagnac interferometer ground loop 3 by splitting and recombining, and continue to travel through them in the first direction and the Sagnac interferometer ground loop 3 in a second, opposite direction passing partial light pulses over the first division / Recombination node 800 after passing through the at least one optical amplifying element 4 'by splitting and recombining re-enter the Sagnac interferometer ground loop 3 and continue through these in the second, opposite direction.
Fig.16 zeigt eine Ausführungsform, bei der die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife 3 und eine untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife 3' kombiniert sind, wobei durch drei Punkte in Fig.16 angedeutet ist, dass im Prinzip beliebig viele untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleifen angeordnet sein können, um eine Mehrfach-Aufspaltung von Lichtpulsen zu erreichen. Als optisches Verstärkungselement 4' ist ein isotroper Verstärker-Kristall vorgesehen. Der über den Eingang 17 gesendete Lichtpuls wird über einen polarisierenden Eingangs- Ausgangs-Strahlteiler 21' zu einem Lamba-Halbe-Element 20 geleitet, über welches das Intensitätsverhältnis der beiden Teil-Lichtpulse eingestellt wird.. Der in Strahlrichtung nachfolgende polarisierende Strahlteiler 810 teilt den Lichtpuls in einen reflektierten s-polarisierten Teil-Lichtpuls und einen transmittierten p- polarisierten Teil-Lichtpuls auf, wobei der s-polarisierte Teil-Lichtpuls über zwei Spiegel 820 und 830 auf den weiteren polarisierenden Strahlteiler 800 umgelenkt und dort reflektiert wird und dabei einen längeren Weg durchläuft als der p- polarisierte Teil-Lichtpuls, der auf direktem Weg durch den Strahlteiler 800 hindurchtritt. In der nachfolgenden untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleife 3', die so wie die Grundschleife 3 aufgebaut ist, wird eine nochmalige Aufspaltung der zwei aus der Grundschleife 3 eintreffenden Teil-Lichtpulse vorgenommen, sodass vier zeitversetzte Teil-Lichtpulse durch das optische Verstärkungselement 4' hindurchtreten, nachdem diese aus der untergeordneten Sagnac-Interferometer- Schleife 3' ausgekoppelt werden.16 shows an embodiment in which the Sagnac interferometer ground loop 3 and a subordinate Sagnac interferometer loop 3 'are combined, wherein it is indicated by three points in FIG. 16 that, in principle, any number of subordinate Sagnac Interferometer loops can be arranged to achieve a multiple split of light pulses. As optical Reinforcing element 4 ', an isotropic amplifier crystal is provided. The light pulse transmitted via the input 17 is conducted via a polarizing input-output beam splitter 21 'to a half-lambda element 20, via which the intensity ratio of the two partial light pulses is set. The polarizing beam splitter 810 following in the beam direction splits the Light pulse in a reflected s-polarized partial light pulse and a transmitted p-polarized partial light pulse, wherein the s-polarized partial light pulse is deflected via two mirrors 820 and 830 on the other polarizing beam splitter 800 and reflected there and thereby a longer Path passes through as the p-polarized partial light pulse, which passes directly through the beam splitter 800. In the subsequent subordinate Sagnac interferometer loop 3 ', which is constructed like the fundamental loop 3, a further splitting of the two partial light pulses arriving from the base loop 3 is undertaken so that four time-shifted partial light pulses pass through the optical amplification element 4' after being extracted from the subordinate Sagnac interferometer loop 3 '.
Die polarisierenden Strahlteiler 800 bilden jeweils die ersten Teilungs/Rekombinierungsknoten der Interferometer-Grund-Schleife 3 und der untergeordneten Interferometer-Schleife 3'.The polarizing beam splitters 800 each form the first division / recombination nodes of the interferometer ground loop 3 and the subordinate interferometer loop 3 '.
Nach dem ersten Durchlaufen des optischen Verstärkungselements 4' werden die vier Teil-Lichtpulse am Spiegel 320 in die Gegenrichtung reflektiert und treten insgesamt zweimal durch den Faraday-Rotator 370, sodass aus einer Richtung kommende s-polarisierte Teil-Lichtpulse in p-polarisierte Teil-Lichtpulse gewandelt werden und umgekehrt, damit die bei der in der einen Richtung auftretende Zeitversetzung wieder kompensiert wird, in dem die auf dem Hinweg die kürzere Strecke durchlaufenden Teil-Lichtpulse auf dem Rückweg die längere Strecke durchlaufen und umgekehrt. Schließlich wird der achtfach verstärkte, wieder vereinigte Lichtpuls am Eingangs-Ausgangs-Strahlteiler 21 ' wieder in den Ausgang 18 ausgekoppelt. Fig.3 zeigt - in Fortbildung der Ausführungsformen gemäß Fig.1 und Fig.2 - eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung, in der das erfindungsgemäße Prinzip verwirklicht ist, indem in der Sagnac-Interferometer- Grundschleife 3 eine in Bezug auf diese untergeordnete Sagnac-Interferometer- Schleife 3' verschachtelt angeordnet ist, wobei der von der Lichtquelle 1 in dieAfter passing through the optical amplifying element 4 'for the first time, the four partial light pulses are reflected in mirror 320 in the opposite direction and pass twice through Faraday rotator 370, so that unidirectional s-polarized partial light pulses are converted into p-polarized partial fields. Be converted light pulses and vice versa, so that the occurring in the one direction time offset is compensated again, in which the on the way the shorter route passing partial light pulses on the way back the longer route and vice versa. Finally, the eightfold amplified, reunited light pulse at the input-output beam splitter 21 'is coupled out again into the output 18. FIG. 3 shows-in a further development of the embodiments according to FIGS. 1 and 2 -a further embodiment of the arrangement according to the invention in which the principle according to the invention is realized by forming in the Sagnac interferometer base loop 3 a subordinate position in relation to this. Interferometer loop 3 'is arranged nested, wherein the light source 1 in the
Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife 3 gesendete Lichtpuls in zwei Teil-Lichtpulse 30, 31 aufgeteilt wird, deren Weg innerhalb der Sagnac-Interferometer-Grund- Schleife 3 in der untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleife 3' fortgeführt wird. Das optische Verstärkungselement 4 ist im gezeigten Ausführungsbeispiel in der untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleife 3' asymmetrisch angeordnet.Sagnac interferometer ground loop 3 is divided into two partial light pulses 30, 31 whose path is continued within the Sagnac interferometer ground loop 3 in the subordinate Sagnac interferometer loop 3 '. The optical amplification element 4 is arranged asymmetrically in the illustrated embodiment in the subordinate Sagnac interferometer loop 3 '.
Bei Eintritt in die untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife 3' wird jeder aus der Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife 3 kommende Teil-Lichtpuls 30, 31 wieder in jeweils zwei gegenläufige, also insgesamt vier Lichtpulse 300, 310 aufgeteilt, die die untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife 3' in entgegengesetzten Richtungen durchlaufen, um dann wieder zu jeweils einem Lichtpuls rekombiniert zu werden, der aus der untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleife 3' wieder austritt und seinen Weg in der Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife 3 weiter fortsetzt, um wieder zur Eingangs/Ausgangs-Kopplungs-Einheit 2 zu gelangen.When entering the subordinate Sagnac interferometer loop 3 ', each partial light pulse 30, 31 coming from the Sagnac interferometer ground loop 3 is subdivided into two opposing, ie a total of four light pulses 300, 310, which constitute the subordinate Sagnac -Interferometer loop 3 'in opposite directions to be recombined then in each case to a light pulse, which exits from the subordinate Sagnac interferometer loop 3' and continues its path in the Sagnac interferometer ground loop 3 on to return to the input / output coupling unit 2.
Im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 3 ist das optische Verstärkungselement 4 an einer asymmetrischen Position innerhalb der untergeordneten Sagnac- Interferometer-Schleife 3' angeordnet, sodass vier zeitlich versetzte Teil-Lichtpulse durch das optische Verstärkungselement 4 hindurchtreten.In the exemplary embodiment according to FIG. 3, the optical amplification element 4 is arranged at an asymmetrical position within the subordinate Sagnac interferometer loop 3 ', such that four time-shifted partial light pulses pass through the optical amplification element 4.
Die untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife 3' kann ihrerseits eine gegenüber dieser untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife beinhalten (in Fig.3 nicht dargestellt), welche beliebig oft mit weiteren untergeordneten Sagnac- Interferometer-Schleifen verschachtelt sein kann.The subordinate Sagnac interferometer loop 3 ', in turn, may include a subordinate Sagnac interferometer loop (not shown in FIG. 3) which may be interleaved as often as desired with further Sagnac subordinate loops.
Zum Zwecke des Übertritts zwischen der Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife 3 und der untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleife 3' weist die Sagnac- Interferometer-Grund-Schleife 3 einen zweiten Teilungs/Rekombinierungsknoten 8 auf, über den die untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife 3' in die Sagnac- Interferometer-Grund-Schleife 3 geschaltet ist, sodass die die Sagnac- Interferometer-Grund-Schleife 3 in eine erste Richtung (Pfeil 30) durchlaufenden Teil- Lichtpulse über den zweiten Teilungs/Rekombinierungsknoten 8 nach Durchlaufen der untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleife 3' durch Aufteilen und Rekombinieren in die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife 3 wiedereintreten und diese in der ersten Richtung weiter durchlaufen und die die Sagnac-Interferometer- Grund-Schleife 3 in eine zweite, entgegengesetzte Richtung (Pfeil 31) durchlaufenden Teil-Lichtpulse über den zweitenTeilungs/Rekombinierungsknoten 8 nach Durchlaufen der untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleife 3' durch Aufteilen und Rekombinieren in die übergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife 3 wiedereintreten und diese in der zweiten, entgegengesetzten Richtung weiter durchlaufen.For the purpose of the transition between the Sagnac interferometer ground loop 3 and the subordinate Sagnac interferometer loop 3 ', the Sagnac Interferometer ground loop 3 has a second divide / recombine node 8, through which the subordinate Sagnac interferometer loop 3 'is connected in the Sagnac interferometer ground loop 3, so that the Sagnac interferometer ground loop 3 in a first direction (arrow 30) passing partial light pulses on the second division / recombination node 8 after passing through the subordinate Sagnac interferometer loop 3 'by splitting and recombining in the Sagnac interferometer ground loop 3 re-enter and these in the first direction pass through the Sagnac interferometer ground loop 3 in a second, opposite direction (arrow 31) passing partial light pulses via the second splitting / recombining node 8 after passing through the subordinate Sagnac interferometer loop 3 'by dividing and recombining in the superordinate Sagnac interferometer loop 3 re-enter and this in the second, opposite continue through the direction.
Eine zu Fig.3 äquivalente Ausführungsform ist in Fig.13 gezeigt.An embodiment equivalent to FIG. 3 is shown in FIG.
Fig.4 zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit einer Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife 3, in der das Verstärkungselement 4 als optisch isotroper Laser-Kristall 70 in asymmetrischer Position angeordnet ist. Der Strahlengang innerhalb der Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife 3 ist dabei so eingerichtet, dass jeder Teil-Lichtpuls den Laser-Kristall 70 zweimal durchläuft (Zweifach-Durchgang), bevor beide Teil-Lichtpulse in der Eingangs/Ausgangskopplungs-Einheit 2 wieder zu einem Lichtpuls rekombiniert werden.4 shows an embodiment of the inventive arrangement with a Sagnac interferometer ground loop 3, in which the reinforcing element 4 is arranged as an optically isotropic laser crystal 70 in an asymmetric position. The beam path within the Sagnac interferometer ground loop 3 is set up so that each partial light pulse passes through the laser crystal 70 twice (twice-pass) before both partial light pulses in the input / output coupling unit 2 close again be recombined a light pulse.
Die Eingangs/Ausgangskopplungs-Einheit 2 ist in der Ausführungsform gemäß Fig.4 aus einem Lambda-Halbe-Element 20 und einem polarisierenden Strahlteiler 21 zusammengesetzt. Das Lambda-Halbe-Element 20, das z.B. durch eine Lambda- Halbe-Platte realisiert ist, bewirkt eine Rotation der Polarisation des einfallenden, linear polarisierten Lichtpulses um 45 Grad. Der in Strahlrichtung nachfolgende polarisierende Strahlteiler 21 spaltet den Lichtpuls in einen reflektierten s- polarisierten Teil-Lichtpuls und einen transmittierten p-polarisierten Teil-Lichtpuls auf, wodurch der p-polarisierte Teil-Lichtpuls aufgrund des Wegunterschieds zuerst durch den Laserkristall 70 hindurchtritt und dann erst der s-polarisierte Teil-Lichtpuls. Der zweite Durchlauf erfolgt in der gleichen Reihenfolge. Damit koppelt die Eingangs/Ausgangskopplungs-Einheit 2 für jeden gesendeten Lichtpuls zwei in entgegengesetzte Richtungen sich ausbreitende Teil-Lichtpulse in die Sagnac- Interferometer-Grund-Schleife ein.The input / output coupling unit 2 is composed of a half-wave element 20 and a polarizing beam splitter 21 in the embodiment according to FIG. The lambda half-element 20, which is realized for example by a lambda half-plate, causes a rotation of the polarization of the incident, linearly polarized light pulse by 45 degrees. The polarizing beam splitter 21 following in the beam direction splits the light pulse into a reflected beam. polarized partial light pulse and a transmitted p-polarized partial light pulse, whereby the p-polarized partial light pulse first passes through the laser crystal 70 due to the path difference and then only the s-polarized partial light pulse. The second pass is in the same order. Thus, for each transmitted light pulse, the input / output coupling unit 2 couples two counter-propagating partial light pulses into the Sagnac interferometer ground loop.
Nach vollständigem Durchlauf werden die zwei gegenläufigen Teil-Lichtpulse in der Eingangs/Ausgangskopplungs-Einheit 2 wieder zu einem austretenden Lichtpuls rekombiniert. Ein in den Strahlengang eingesetzter Doppelbrechungs- Phasenkompensätor 22, der mit seinen Hauptachsen parallel zu der p- und s- Polarisation liegt, sorgt für die erforderliche Phasenkorrektur.After complete passage, the two counterpart partial light pulses in the input / output coupling unit 2 are recombined into an outgoing light pulse. An inserted into the beam path birefringence phase compensator 22, which lies with its major axes parallel to the p and s polarization, provides the required phase correction.
Fig.11 zeigt die spektrale Intensität für den p-polarisierten und den s- polarisiertenTeil-Lichtpuls nach ihrer Verstärkung sowie die spektrale Intensität des rekombinierten Teil-Lichtpulses am Ausgang 18, die der Summe der beiden Teil- Intensitäten entspricht.11 shows the spectral intensity for the p-polarized and the s-polarized partial light pulse after their amplification and the spectral intensity of the recombined partial light pulse at the output 18, which corresponds to the sum of the two partial intensities.
Fig.5 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung, in welcher der Laserkristall 5 durch einen - intrinsisch oder thermisch induzierten - doppelbrechenden Laser-Kristall 71 gebildet ist, der in der Sagnac-Interferometer- Grund-Schleife 3 asymmetrisch angeordnet ist.5 shows a further embodiment of the arrangement according to the invention, in which the laser crystal 5 is formed by a - intrinsically or thermally induced - birefringent laser crystal 71, which is arranged asymmetrically in the Sagnac interferometer ground loop 3.
Hier ist die Eingangs/Ausgangskopplungs-Einheit 2 durch einen polarisierenden Eingangs-Ausgangs-Strahlteiler 28, einen Faraday-Rotator 29, welcher die Polarisation um 45° dreht, und den polarisierenden Strahlteiler 21 gebildet, die über einen optischen Pfad miteinander gekoppelt sind.Here, the input / output coupling unit 2 is constituted by a polarizing input-output beam splitter 28, a Faraday rotator 29 which rotates the polarization by 45 °, and the polarizing beam splitter 21 which are coupled to each other via an optical path.
Der Eingangs-Ausgangs-Strahlteiler 28 lässt einen aus der Lichtquelle 1 gesendeten, p-polarisierten Lichtpuls ungehindert zum nachfolgenden Faraday-Rotator 29 durchtreten, wo die Polarisation um 45° gedreht wird. Der in Einfallsrichtung nachfolgende polarisierende Strahlteiler 21 koppelt den p-Teil-Lichtpuls im Gegen- Uhrzeigersinn und den s-Teil-Lichtpuls im Uhrzeigersinn in die Sagnac- I nterferometer-G rundschleife 3 ein. Nach zweifachem Durchlauf durch den doppelbrechenden Laser-Kristall 71 wird der p-Teil-Lichtpuls durch ein Lambda- Halbe-Element 23 in einen s-polarisierten Teil-Lichtpuls umgewandelt, der dann am polarisierenden Strahlteiler 21 in Richtung des Faraday-Rotators 29 rückreflektiert wird.The input-output beam splitter 28 allows a p-polarized light pulse transmitted from the light source 1 to pass unimpeded to the subsequent Faraday rotator 29, where the polarization is rotated by 45 °. The one in the direction of arrival Subsequent polarizing beam splitter 21 couples the p-part light pulse in the counterclockwise direction and the s-part light pulse in a clockwise direction into the Sagnac interferometer G-loop 3. After passing through the birefringent laser crystal 71 twice, the p-part light pulse is converted by a lambda half-element 23 into an s-polarized partial light pulse, which is then reflected back at the polarizing beam splitter 21 in the direction of the Faraday rotator 29 ,
Im Gegensatz dazu wird der s-Teil-Lichtpuls bereits vor dem Hindurchtreten durch den Laser-Kristall 71 mit Hilfe des Lambda-Halbe-Elements 23 zu einem p-Teil- Lichtpuls umgewandelt, um nach zweimaligem Durchlauf durch den Laser-Kristall 71 unabgelenkt durch den polarisierenden Strahlteiler hindurch geleitet zu werden. Beide aus der Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife 3 ausgekoppelten Teil- Lichtpulse werden mit Hilfe des polarisierenden Strahlteilers 21 und des Faraday- Rotators 29 zu einem verstärkten Lichtpuls mit s-Polarisierung rekombiniert und über Reflexion am Eingangs-Ausgangs-Strahlteiler 28 zum Ausgang 18 geführt. Da der doppelbrechende Laser-Kristall 71 von allen Teil-Lichtpulsen mit p-Polarisation durchlaufen wird, wird der Einfluss der Doppelbrechung kompensiert.In contrast, the s-part light pulse is already converted before passing through the laser crystal 71 by means of the half-wave element 23 to a p-part light pulse to undistracted after passing through the laser crystal 71 twice to be passed through the polarizing beam splitter. Both partial light pulses coupled out of the Sagnac interferometer basic loop 3 are recombined with the aid of the polarizing beam splitter 21 and the Faraday rotator 29 to form an amplified light pulse with s-polarization and via reflection at the input-output beam splitter 28 to the output 18 guided. Since the birefringent laser crystal 71 is traversed by all the p-polarization partial light pulses, the influence of the birefringence is compensated.
Weiter unten wird anhand des in Fig. 14 gezeigten Ausführungsbeispiels eine Variante der Erfindung erläutert, bei der anstelle des Lambda-Viertel-Elements 29 eine Pockels-Zelle sowie ein Lambda-Halbe-Element eingesetzt wird.Below, a variant of the invention is explained with reference to the embodiment shown in Fig. 14, in which instead of the quarter-wave element 29, a Pockels cell and a lambda half-element is used.
Das in Fig.6 gezeigte Ausführungsbeispiel verwirklicht eine asymmetrische Anordnung des doppelbrechenden Laser-Kristalls 71 mit einem jeweils einfachenThe embodiment shown in FIG. 6 realizes an asymmetrical arrangement of the birefringent laser crystal 71 with a respective simple one
Durchlauf der beiden Teil-Lichtpulse mit p- und s-Polarisierung, die durch dieselbePassage of the two partial light pulses with p and s polarization, through the same
Form der Eingangs/Ausgangskopplungs-Einheit 2 erreicht wird wie in derForm of the input / output coupling unit 2 is achieved as in the
Ausführungsform gemäß Fig.4. Hier wird durch Anordnung eines Faraday-RotatorsEmbodiment according to FIG. Here is by arranging a Faraday rotator
60, der in beiden Richtungen eine Drehung der Polarisationsrichtung um 45° verursacht, im Kreuzungsmittelpunkt der Sagnac-Interferometer-Äste und durch60, which causes a rotation of the polarization direction in both directions by 45 °, in the center of intersection of the Sagnac interferometer branches and through
Anordnen von einem Lambda-Halbe-Element 61 , 62 jeweils in beiden Laufrichtungen zwischen dem polarisierenden Strahlteiler 21 und dem Faraday-Rotator 60 erreicht, dass sowohl der p-polarisierte Teil-Lichtpuls als auch der s-polarisierte Teil-Lichtpuls mit p-Polarisierung durch den doppelbrechenden Laser-Kristall 71 geführt werden, um den Einfluss der Doppelbrechung zu eliminieren.Arranging a half-lambda element 61, 62 in each case in both directions of travel between the polarizing beam splitter 21 and the Faraday rotator 60, that both the p-polarized partial light pulse and the s-polarized partial light pulse with p-polarization are passed through the birefringent laser crystal 71 to eliminate the influence of birefringence.
Fig.7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem in die Sagnac-Interferometer-Grund- Schleife 3 gemäß Fig.4 eine in Bezug auf diese untergeordnete Sagnac- Interferometerschleife 3' geschaltet ist. Dies entspricht der Anordnung, wie sie in Fig.FIG. 7 shows an exemplary embodiment in which a Sagnac interferometer loop 3 'is connected to the Sagnac interferometer ground loop 3 according to FIG. 4, with respect to this subordinate Sagnac interferometer loop 3'. This corresponds to the arrangement as shown in FIG.
3 gezeigt ist.3 is shown.
Anstelle des Doppelbrechungs-Phasenkompensators 22, wie er in der Ausführungsform gemäß Fig. 4 angewandt wird, tritt eine variable optische Verzögerungseinheit 50.Instead of the birefringence phase compensator 22 as used in the embodiment of FIG. 4, a variable optical delay unit 50 occurs.
Beim Übertritt in die untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife 3' werden sowohl der p-polarisierte Teil-Lichtpuls als auch der s-polarisierte Teil-Lichtpuls über das Lambda-Halbe-Element 20' wieder in jeweils zwei s- und p-Teil-Lichtpulse, nämlich s1 ' , s2' und p1', p2' aufgespaltet, welche durch einen polarisierendenWhen passing into the subordinate Sagnac interferometer loop 3 ', both the p-polarized partial light pulse and the s-polarized partial light pulse via the half-wave element 20' are again divided into two s and p subregions. Light pulses, namely s1 ', s2' and p1 ', p2' split, which by a polarizing
Strahlteiler 41 und eine Spiegelanordnung 42, 43, 44 so durch das optischeBeam splitter 41 and a mirror assembly 42, 43, 44 so by the optical
Verstärkungselement 4 geleitet werden, dass alle vier Teil-Lichtpulse durch das Verstärkungselement 4 hindurchtreten und danach rückreflektiert werden und nochmals durch dieses geleitet werden, woraus sich insgesamt acht Durchgänge ergeben. Um den Strahlengang zu vereinfachen, ist der Spiegel 44 als ein vertikalerReinforcing element 4 are conducted so that all four partial light pulses pass through the reinforcing element 4 and are then reflected back and again passed through this, resulting in a total of eight passes. In order to simplify the beam path, the mirror 44 is considered a vertical one
V-Retroreflektor ausgeführt, aus dem der reflektierte Strahl gegenüber dem in diesen eintretenden Strahl höhenversetzt austritt. Auch in der variablen optischen Verzögerungseinheit 50' wird ein derartiger Spiegel eingesetzt.V-Retroreflektor executed, from which the reflected beam with respect to the entering beam in this height exits. Also, in the variable optical delay unit 50 ', such a mirror is used.
Das Lambda-Halbe-Element 51 dreht die Polarisation der einfallenden s-polarisierten Teil-Pulse s1\ s2' um 90 Grad, so dass alle Teil-Lichtpulse das VerstärkungselementThe half-wave element 51 rotates the polarization of the incident s-polarized partial pulses s1 \ s2 'by 90 degrees, so that all partial light pulses are the gain element
4 mit p-Polarisation durchlaufen, und dreht die Polarisation der verstärkten Teil- Lichtpulse p1\ p2' um 90 Grad zur s-Polarisation.4 with p-polarization, and rotates the polarization of the amplified partial light pulses p1 \ p2 'by 90 degrees to the s-polarization.
Nach den acht Durchgängen werden die Teil-Lichtpulse s1' , s2' und p1', p2' aus der untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleife 3' kommend im polarisierenden Strahlteiler 21' rekombiniert und als Teil-Lichtpulse s und p in die Sagnac- Interferometer-Grund-Schleife 3 eingekoppelt, welche sie nun bis zum Ende durchlaufen. Der zweite Teilungs/Rekombinierungsknoten 8 ist in diesem Ausführungsbeispiel durch das Lamba-Halbe-Element 20' und den polarisierenden Strahlteiler 21 ' gebildet.After the eight passes, the partial light pulses s1 ', s2' and p1 ', p2' from the subordinate Sagnac interferometer loop 3 'coming in the polarizing beam splitter 21' recombined and coupled as partial light pulses s and p in the Sagnac interferometer ground loop 3, which they now go through to the end. The second dividing / recombining node 8 is formed in this embodiment by the half lamb element 20 'and the polarizing beam splitter 21'.
Analog dazu zeigt Fig. 8 eine Ausführungsform, bei der in die Sagnac-Interferometer- Grund-Schleife 3 die untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife 3', und in diese wiederum eine weitere untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife 3" geschaltet ist. Die verwendete Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife 3 ist mit den in Zusammenhang mit Fig.5 erläuterten Komponenten aufgebaut, ebenso wie die beiden untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleifen 3', 3". Der Strahlengang ist dabei wegen seiner Kompliziertheit vereinfacht dargestellt.Similarly, Fig. 8 shows an embodiment in which the Sagnac interferometer loop 3 'is connected to the Sagnac interferometer ground loop 3, and in turn a further subordinate Sagnac interferometer loop 3 " Sagnac interferometer ground loop 3 is constructed with the components explained in connection with Figure 5, as well as the two subordinate Sagnac interferometer loops 3 ', 3 ". The beam path is shown simplified because of its complexity.
Ebenso unter Anwendung der Sagnac-Interometer-Grund-Schleife 3 gemäß Fig.5 ist die in Fig.9 gezeigte Ausführungsvariante aufgebaut, mit dem Unterschied gegenüber Fig.5, dass beim Übergang zwischen der Sagnac-Interferometer-Grund- Schleife 3 und der untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleife 3' der Strahlengang des s-polarisierten Teil-Lichtpulses und des p-polarisierten Teil- Lichtpulses über zwei getrennte Strahlteiler 28', die über einen optischen Pfad 60 direkt miteinander verbunden sind, und in weiterer Folge über vier weitere Strahlteiler 28", von denen jeweils zwei über einen optischen Pfad 60' direkt miteinander verbunden sind, aufgeteilt werden. Wie in Fig.9 schematisch gezeigt, bewirkt jede weitere untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife 3', 3" eine Aufteilung der Intensität der Teil-Lichtpulse auf die Hälfte gegenüber der jeweils übergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleife.5, the embodiment shown in Figure 9 is constructed, with the difference compared to Figure 5, that at the transition between the Sagnac interferometer ground loop 3 and the subordinate Sagnac interferometer loop 3 ', the beam path of the s-polarized partial light pulse and the p-polarized partial light pulse via two separate beam splitter 28', which are directly connected to each other via an optical path 60, and subsequently via four further beam splitter 28 ", of which two are each directly connected to each other via an optical path 60 '. As shown schematically in FIG. 9, each further subordinate Sagnac interferometer loop 3', 3" effects a distribution of the intensity of the subnetwork. Light pulses to half of the respective superior Sagnac interferometer loop.
Ein ähnlicher Strahlengang wie in den Anordnungen gemäß Fig.8 und 9 ist in der Ausführungsform gemäß Fig.10 gewählt. Wiederum sind eine Sagnac-Interferometer- Grund-Schleife 3 und zwei untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleifen 3', 3" vorgesehen, wobei sich von Schleife zu Schleife die Anzahl der aufgespalteten Teil- Lichtpulse verdoppelt, sodass das asymmetrisch angeordnete optische Verstärkungselement 4 insgesamt von acht Teil-Lichtpulsen zweifach durchlaufen wird.A similar optical path as in the arrangements according to FIGS. 8 and 9 is selected in the embodiment according to FIG. Again, a Sagnac interferometer ground loop 3 and two subordinate Sagnac interferometer loops 3 ', 3 "are provided, the number of split sub-loops being loop-to-loop. Light pulses doubled, so that the asymmetrically arranged optical amplifying element 4 is traversed twice in total of eight partial light pulses.
Fig.14 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung, bei der gegenüber der in Fig.8 gezeigten Variante anstelle der Lambda-Viertel-Elemente 29, 29', 29" jeweils eine Lambda-Halbe-Pockels-Zelle 290, 290', 290" und ein Lambda-Halbe-Element 291 , 291 ', 291 " zum Einsatz gelangen. Die Pockels-Zelle 290, 290', 290" dreht bei Anlegen eines elektrischen Feldes die Polarisationsebene um 90 Grad. Die Pockels- Zelle ist eingeschaltet, während die Lichtpulse eintreten und ist ausgeschaltet, während die Lichtpulse austreten, wodurch eine 90Grad-Drehung der Polarisationsebene des Ausgangssignals in Bezug auf das Eingangssignal entsteht. Alternativ kann auch die Pockels-Zelle ausgeschaltet sein, während die Lichtpulse eintreten und eingeschaltet sein, während die Lichtpulse austreten. Mit anderen Worten wird der Zustand der Pockels-Zelle 290, 290', 290" geändert, während die Teil-Lichtpulse die jeweilige Sagnac-Interferometer-Schleife 3, 3', 3" durchlaufen.FIG. 14 shows an embodiment of the invention in which, in contrast to the variant shown in FIG. 8, a lambda half cell cell 290, 290 ', 290 "and a half-lambda element 291, 291 ', 291 "is used. The Pockels cell 290, 290', 290" rotates the plane of polarization by 90 degrees when an electric field is applied. The Pockels cell is on while the light pulses enter and is off as the light pulses exit, resulting in a 90 degree rotation of the polarization plane of the output signal with respect to the input signal. Alternatively, the Pockels cell may be turned off while the light pulses enter and turn on while the light pulses exit. In other words, the state of the Pockels cell 290, 290 ', 290 "is changed while the partial light pulses pass through the respective Sagnac interferometer loop 3, 3', 3".
Fig.17 zeigt eine Ausführungsform der Erfindung in Weiterbildung der Ausführungsformen gemäß Fig.15 und 16. Eine durch einen polarisierenden Strahlteiler 800 und drei Spiegel 810, 820 und 830 gebildete Sagnac-Endschleife 3" tritt dabei an die Stelle des Faraday-Rotators 370 und des Spiegels 320 im Ausführungsbeispiel gemäß Fig.15 und Fig.16. Statt des Spiegels 830 kann in Fig.17 ein Dünnfilmpolarisator angeordnet sein.FIG. 17 shows an embodiment of the invention in a further development of the embodiments according to FIGS. 15 and 16. A Sagnac end loop 3 "formed by a polarizing beam splitter 800 and three mirrors 810, 820 and 830 replaces the Faraday rotator 370 and FIG of the mirror 320 in the exemplary embodiment according to Fig. 15 and Fig. 16. Instead of the mirror 830, a thin-film polarizer may be arranged in Fig. 17.
Das optische Verstärkungselement 4' ist mit der Sagnac-Endschleife 3" gekoppelt, in welcher zur Kompensation der thermischen Doppelbrechung und zur Vermeidung von Depolarisationsverlusten ein Halb-Wellenelement 860 angeordnet ist, wobei die aus dem optischen Verstärkungselement 4' austretenden Teil-Lichtpulse innerhalb der Sagnac-Endschleife 3" aufgeteilt und nach Durchlaufen der Sagnac:Endschleife 3" und des Halb-Wellenelements wieder zusammengesetzt werden und erneut in das optische Verstärkungselement eintreten. Die in Fig.17 gezeigte Anordnung ist nicht auf eine Anwendung in Kombination mit der erfindungsgemäßen Anordnung beschränkt und funktioniert sowohl für einen einzelnen Lichtpuls als auch für zeitlich getrennte Teil-Lichtpulse.The optical amplification element 4 'is coupled to the Sagnac end loop 3 ", in which a half-wave element 860 is arranged to compensate for the thermal birefringence and to avoid depolarization losses, the partial light pulses emerging from the optical amplification element 4' within the Sagnac End loop 3 "and after reassembling the Sagnac : Endschleife 3" and the half-wave element are reassembled and re-enter the optical gain element The arrangement shown in Fig. 17 is not an application in combination with the inventive arrangement limited and works for both a single light pulse as well as for temporally separated partial light pulses.
Auf diese Weise werden zwischen zwei aufeinanderfolgenden Durchläufen der Teil- Lichtpulse in die eine und in die andere Richtung durch das optische Verstärkungselement 4' hindurch die radialen und tangentialen Polarisationen, die durch thermisch induzierte Doppelbrechung entstehen und zu Depolarisationsverlusten führen können, ausgetauscht und das Strahlprofil wird um eine Achse gespiegelt, wodurch die genannten Effekte kompensiert werden können. Da sonst ein aufwendiger Faraday-Rotator oder andere Kompensatoren eingesetzt werden müssten, die störende nicht-lineare Eigenschaften aufweisen können, ist die in Fig.17 gezeigte Anordnung der Sagnac-Interferometerschleife in Kombination mit dem Halb-Wellenelement auch für andere Anwendungsfälle geeignet, in denen die genannten Effekte beseitigt werden müssen, und wegen ihrer konstruktiven Einfachheit vorteilhaft.In this way, between two successive passes of the partial light pulses in one and the other direction through the optical amplifying element 4 'through the radial and tangential polarizations, which arise by thermally induced birefringence and can lead to depolarization losses, exchanged and the beam profile is Mirrored around an axis, whereby the effects mentioned can be compensated. Since otherwise a complex Faraday rotator or other compensators would have to be used which may have disturbing non-linear properties, the arrangement of the Sagnac interferometer loop shown in FIG. 17 in combination with the half-wave element is also suitable for other applications in which said effects must be eliminated, and advantageous because of their constructive simplicity.
Fig.18 und 19 zeigen die spektrale und zeitliche Intensität eines Pulses nach dem zweifachen Durchlaufen eines Verstärkungsmediums mit einer Pulsaustrittsenergie von 54 μJ (Fig.18) und 185 μJ (Fig.19) in einer Anordnung nach dem Stand der Technik. Fig.20 zeigt einen Puls nach dem zweifachen Durchlaufen einer erfindungsgemäßen Anordnung mit einer Pulsaustrittsenergie von 220 μJ , wobei eine Aufteilung in vier Teil-Lichtpulse stattfindet.18 and 19 show the spectral and temporal intensity of a pulse after passing through a gain medium twice with a pulse exit energy of 54 .mu.J (FIG. 18) and 185 .mu.J (FIG. 19) in an arrangement according to the prior art. FIG. 20 shows a pulse after twice passing through an arrangement according to the invention with a pulse exit energy of 220 .mu.J, wherein a division into four partial light pulses takes place.
Die Experimente zeigen, dass die zeitlich spektrale Struktur der Lichtpulse bei der erfindungsgemäßen Anordnung (Fig.20) unverfälscht dieselbe ist wie im Fall der Fig. 18. Die erfindungsgemäße Anordnung erlaubt die Erzeugung einer vierfachen Pulsenergie ohne Zerstörung der zeitlich-spektralen Struktur der Lichtpulse. Im Gegensatz dazu wurde bei einer Erhöhung der Pulsenergie ohne Verwendung der erfindungsgemäßen Anordnung die zeitlich-spektrale Struktur der Lichtpulse durch den nicht-linearen Prozess der Selbstphasenmodulation verzerrt, weil zusätzliche Phasenanteile entstehen, und damit zerstört. Bei einer weiteren Erhöhung der Pulsenergie in der herkömmlichen Anordnung wurde sogar eine irreversible Zerstörung des optischen Verstärkungselements beobachtet. The experiments show that the time-spectral structure of the light pulses in the arrangement according to the invention (FIG. 20) is unaltered the same as in the case of FIG. 18. The arrangement according to the invention allows the generation of a quadruple pulse energy without destroying the temporal-spectral structure of the light pulses. In contrast, with an increase in pulse energy without using the inventive arrangement, the temporal-spectral structure of the light pulses was distorted by the non-linear process of self-phase modulation, because additional Phase shares arise, and thus destroyed. In a further increase of the pulse energy in the conventional arrangement, even irreversible destruction of the optical amplifying element was observed.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H EP A T E N T A N S P R E C H E
Anordnung zur optischen Verstärkung von Lichtpulsen, die Folgendes umfasst:Arrangement for optical amplification of light pulses, comprising:
- eine Lichtquelle (1 ) zur Aussendung von Lichtpulsen,a light source (1) for emitting light pulses,
- eine Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife (3) mit einera Sagnac interferometer ground loop (3) with a
Eingangs/Ausgangskopplungs-Einheit (2), die mit der Lichtquelle (1 ) verbunden ist, um jeden gesendeten Lichtpuls in zwei Lichtpulse aufzuteilen und diese in entgegengesetzten Richtungen in die Sagnac- Interferometer-Grund-Schleife (3) einzukoppeln und welche Eingangs/Ausgangskopplungs-Einheit (2) geeignet ist, die aufgeteiltenInput / output coupling unit (2) connected to the light source (1) for dividing each transmitted light pulse into two light pulses and coupling them in opposite directions into the Sagnac interferometer ground loop (3) and which input / output coupling Unit (2) is suitable, the split
Lichtpulse nach dem Durchlaufen der Sagnac-Interferometer-Grund- Schleife (3) in entgegengesetzten Richtungen als rekombinierten Lichtpuls wieder auszukoppeln,Decoupling light pulses after passing through the Sagnac interferometer ground loop (3) in opposite directions as a recombined light pulse,
- gegebenenfalls zumindest eine in Bezug auf die Sagnac-- where appropriate, at least one with regard to the Sagnac
Interferometer-Grund-Schleife (3) untergeordnete Sagnac- Interferometer-Schleife (31, 3"), welche in die Sagnac-Interferometer- Grund-Schleife (3) geschaltet ist, wobei die zumindest eine untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife (3', 3") ihrerseits jeweils eine gegenüber dieser untergeordnete Sagnac-Interferometer-Interferometer ground loop (3) subordinate Sagnac interferometer loop (3 1 , 3 ") connected in the Sagnac interferometer ground loop (3), the at least one subordinate Sagnac interferometer loop (3 ', 3'), in turn, each have a subordinate Sagnac interferometer
Schleife beinhalten kann, welche beliebig oft mit weiteren untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleifen verschachtelt sein kann, undLoop, which can be interleaved as often as desired with further Sagnac subinterfer loops, and
- zumindest ein optisches Verstärkungselement (4, 4'), das so angeordnet ist, dass es von den in der Sagnac-Interferometer-Grund- Schleife (3) und gegebenenfalls in der zumindest einen untergeordneten Interferometer-Schleife (3', 3") aufgeteilten Lichtpulsen zeitlich versetzt durchlaufen wird und die aufgeteilten Lichtpulse nach ihrer Verstärkung zu einem Gesamt-Lichtpuls vereinigt werden.at least one optical amplifying element (4, 4 ') arranged to be separated from those in the Sagnac interferometer ground loop (3) and optionally in the at least one subordinate interferometer loop (3 ', 3 ") is split in time and the split light pulses are combined after their amplification into a total light pulse.
2. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sagnac- Interferometer-Grund-Schleife (3) oder die zumindest eine untergeordnete Sagnac- Interferometer-Schleife (3') einen asymmetrisch angeordneten ersten Teilungs/Rekombinierungsknoten (800) aufweist, der mit dem zumindest einen optischen Verstärkungselement (4') so gekoppelt ist, dass die die Sagnac- Interferometer-Grund-Schleife (3) oder die zumindest eine untergeordnete Sagnac- Interferometer-Schleife (31) in eine erste Richtung durchlaufenden Teil-Lichtpulse über den ersten Teilungs/Rekombinierungsknoten (800) nach Durchlaufen des zumindest einen optischen Verstärkungselements (4') durch Aufteilen und Rekombinieren in die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife (3) oder in die zumindest eine untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife (3') wiedereintreten und diese in der ersten Richtung weiter durchlaufen und die die Sagnac- Interferometer-Grund-Schleife (3) oder die zumindest eine untergeordnete Sagnac- Interferorheter-Schleife (3') in eine zweite, entgegengesetzte Richtung durchlaufenden Teil-Lichtpulse über den ersten Teilungs/Rekombinierungsknoten (800) nach Durchlaufen des zumindest einen optischen Verstärkungselements (41) durch Aufteilen und Rekombinieren in die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife (3) oder in die zumindest eine untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife (3') wiedereintreten und diese in der zweiten, entgegengesetzten Richtung weiter durchlaufen.2. Arrangement according to claim 1, characterized in that the Sagnac interferometer ground loop (3) or the at least one subordinate Sagnac interferometer loop (3 ') has an asymmetrically arranged first division / recombining node (800) with the at least one optical amplification element (4 ') is coupled so that the Sagnac interferometer ground loop (3) or the at least one subordinate Sagnac interferometer loop (3 1 ) passes in a first direction through the partial light pulses first split / recombine node (800) after passing through the at least one optical gain element (4 ') by splitting and recombining into the Sagnac interferometer ground loop (3) or into the at least one subordinate Sagnac interferometer loop (3') and continue through them in the first direction and the Sagnac interferometer ground loop (3) or the at least one subordinate Sagnac interface erorheter loop (3 ') in a second, opposite direction passing partial light pulses via the first division / recombining node (800) after passing through the at least one optical amplifying element (4 1 ) by dividing and recombining in the Sagnac interferometer ground loop (3) or into which at least one subordinate Sagnac interferometer loop (3 ') re-enter and continue to travel in the second, opposite direction.
3. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Verstärkungselement (41) mit einer Sagnac-Endschleife (3") gekoppelt ist, in welcher zur Kompensation der thermischen Doppelbrechung und zur Vermeidung von Depolarisationsverlusten ein Halb-Wellenelement (860) angeordnet ist, wobei die aus dem optischen Verstärkungselement (4') austretenden Teil-Lichtpulse innerhalb der Sagnac-Endschleife (3") aufgeteilt und nach Durchlaufen der Sagnac-Endschleife (3") und des Halb-Wellenelements (860) wieder zusammengesetzt werden und erneut in das optische Verstärkungselement eintreten3. Arrangement according to claim 2, characterized in that the optical amplifying element (4 1 ) with a Sagnac end loop (3 ") is coupled, in which arranged to compensate for the thermal birefringence and to avoid Depolarisationsverlusten a half-wave element (860) is, wherein the light emerging from the optical amplifying element (4 ') part-light pulses within the Sagnac end loop (3 ") divided and after passing through the Sagnac end loop (3 ") and the half-wave element (860), reassemble and re-enter the optical gain element
4. Anordnung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das4. Arrangement according to claim 1, characterized in that the
Verstärkungselement (4) innerhalb der Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife (3) oder innerhalb der zumindest einen untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleife (3', 3") oder den weiteren untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleifen an einer asymmetrischen Position angeordnet ist, um von den aufgeteilten Lichtpulsen zeitlich voneinander getrennt in entgegengesetzter Richtung zumindest einmal durchlaufen zu werden.Gain element (4) is located within the Sagnac interferometer ground loop (3) or within the at least one subordinate Sagnac interferometer loop (3 ', 3 ") or the further subordinate Sagnac interferometer loops at an asymmetric position, in order to be traversed by the split light pulses separated from each other in the opposite direction at least once.
5. Anordnung zur optischen Verstärkung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Verstärkungselement (4') ein isotropes Verstärkungselement ist.An optical amplification device according to any one of claims 1 to 4, characterized in that the optical amplifying element (4 ') is an isotropic reinforcing element.
6. Anordnung zur optischen Verstärkung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das optische Verstärkungselement (4, 4') ein Laser- Kristall (5)'ist.6. Optical amplification arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that the optical amplification element (4, 4 ') is a laser crystal (5)'.
7. Anordnung zur optischen Verstärkung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser-Kristall (5) ein isotroper Laser-Kristall (70) ist.7. An optical amplification arrangement according to claim 6, characterized in that the laser crystal (5) is an isotropic laser crystal (70).
8. Anordnung zur optischen Verstärkung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser-Kristall (5) ein doppelbrechender Laser-Kristall (71 ) ist.8. An optical amplification arrangement according to claim 6, characterized in that the laser crystal (5) is a birefringent laser crystal (71).
9. Anordnung zur optischen Verstärkung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das optische Verstärkungselement (4) ein optisch parametrischer Verstärker-Kristall (7) ist.An optical amplification device according to claim 1, characterized in that the optical amplifying element (4) is an optical parametric amplifier crystal (7).
10. Anordnung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife (3) einen zweiten Teilungs/Rekombinierungsknoten (8) aufweist, über den in die Sagnac- Interferometer-Grund-Schleife (3) die untergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife (3', 3") geschaltet ist, sodass die die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife (3) in eine erste Richtung durchlaufenden Teil-Lichtpulse über den zweiten Teilungs/Rekombinierungsknoten (8) nach Durchlaufen der untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleife (3', 3") durch Aufteilen und Rekombinieren in die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife (3) wiedereintreten und diese in der ersten Richtung weiter durchlaufen und die die Sagnac-Interferometer-Grund-Schleife (3) in eine zweite, entgegengesetzte Richtung durchlaufenden Teil-Lichtpulse über den zweiten Teilungs/Rekombinierungsknoten (8) nach Durchlaufen der untergeordneten Sagnac-Interferometer-Schleife (31, 3") durch Aufteilen und Rekombinieren in die übergeordnete Sagnac-Interferometer-Schleife (3) wiedereintreten und diese in der zweiten, entgegengesetzten Richtung weiter durchlaufen.10. Arrangement according to one of claims 4 to 9, characterized in that the Sagnac interferometer ground loop (3) has a second division / recombination node (8) via which the Sagnac interferometer loop (3 ', 3 ") is fed into the Sagnac interferometer ground loop (3) is switched so that the Sagnac interferometer ground loop (3) in a first direction passing partial light pulses via the second division / recombination node (8) after passing through the subordinate Sagnac interferometer loop (3 ', 3 ") Splitting and recombining into the Sagnac interferometer ground loop (3) and continuing through them in the first direction and the Sagnac interferometer ground loop (3) passing in a second, opposite direction, partial light pulses over the second Divide / recombine node (8) after passing through the subordinate Sagnac interferometer loop (3 1 , 3 ") by dividing and recombining in the superordinate Sagnac interferometer loop (3) re-enter un d go through this in the second, opposite direction.
11. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Teilungs/Rekombinierungsknoten (8) durch zwei polarisierende Strahlteiler (21 ') und ein Lambda-Viertel-Element oder ein Lambda-Halbe-Element (20') oder einen Faraday-Rotator gebildet ist, die über einen optischen Pfad direkt miteinander gekoppelt sind.11. Arrangement according to claim 10, characterized in that the second division / recombination node (8) by two polarizing beam splitters (21 ') and a quarter-wave element or a half-wave element (20') or a Faraday rotator is formed, which are coupled via an optical path directly to each other.
12. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangs/Ausgangs-Kopplungs-Einheit (2) ein Lambda-Viertel-Element oder ein Lambda-Halbe-Element (20) oder einen Faraday-Rotator sowie einen polarisierenden Strahlteiler (21 ) umfasst, die über einen optischen Pfad direkt miteinander gekoppelt sind.12. Arrangement according to one of claims 1 to 11, characterized in that the input / output coupling unit (2) has a quarter-wave element or a half-wave element (20) or a Faraday rotator and a polarizing Beam splitter (21), which are coupled via an optical path directly to each other.
13. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Eingangs/Ausgangs-Kopplungs-Einheit (2) ein Lambda-Viertel-Element oder einen Faraday-Rotator sowie zwei polarisierende Strahlteiler umfasst, die über einen optischen Pfad direkt miteinander gekoppelt sind. 13. Arrangement according to one of claims 1 to 11, characterized in that the input / output coupling unit (2) comprises a quarter-wave element or a Faraday rotator and two polarizing beam splitters, which communicate with each other via an optical path are coupled.
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