WO2020074581A1 - Multi-apertur-lasersystem - Google Patents

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WO2020074581A1
WO2020074581A1 PCT/EP2019/077354 EP2019077354W WO2020074581A1 WO 2020074581 A1 WO2020074581 A1 WO 2020074581A1 EP 2019077354 W EP2019077354 W EP 2019077354W WO 2020074581 A1 WO2020074581 A1 WO 2020074581A1
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optical
optical system
beams
combination
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PCT/EP2019/077354
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Bettina Limpert
Arno Klenke
Tino Eidam
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Active Fiber Systems Gmbh
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    • H01S3/2308—Amplifier arrangements, e.g. MOPA

Definitions

  • the invention relates to an optical system
  • splitting element that splits an input laser beam into a number of spatially separated partial beams
  • At least one optical amplifier through which the spatially separated partial beams propagate
  • At least one path length adjusting element which adjusts the path length of at least one of the partial beams
  • optical components eg of laser amplifiers, spectral broadening elements, transport fibers, optics (eg mirror surfaces, substrates, lenses) etc.
  • a limitation is due to thermal effects that occur above a certain average power and depend on the geometry of the element and external influences. As an example of these effects, a change in the output beam due to the occurrence of a thermal lens can be given in classic solid-state lasers.
  • the occurrence of mode instabilities due to thermal effects limits the achievable average output power.
  • non-linear effects also occur in the medium, such as self-phase modulation.
  • Nonlinear effects are used in elements for spectral broadening. But there are also limiting physical effects there. If solid-state materials in the form of crystals or fibers are used as non-linear media, then there is a limit for the pulse peak power, above all due to the self-focusing already described. If capillaries filled with noble gas are used as the non-linear medium, significantly higher pulse peak outputs are possible, although these can already be achieved with existing laser systems. In addition, the high intensity can lead to ionization of the gas, which is not desirable.
  • the strength of the Kerr effect can be reduced, which among other things. is responsible for the occurrence of self-focus.
  • the pulses are stretched in time before the amplification, so that the peak pulse power is correspondingly reduced during the amplification. After the amplification, the pulses are compressed again in time.
  • DPA Divided Pulse Amplification
  • DPNLC Divided Pulse Nonlinear Compression
  • Spatially separated amplifiers or spectral broadening elements can be used, the input beam being split into several partial beams by means of beam splitters. These are amplified or spectrally broadened in several spatially separated, independent optical elements / channels and finally combined again in one beam.
  • the temporal phase position of the individual partial beams is of fundamental importance, which must match in the sub-wavelength range.
  • the structure can ensure that this condition is met throughout. Otherwise active phase stabilization may be necessary.
  • the pulsed operation must ensure that the individual pulses overlap as precisely as possible when combined. A deviation leads to a reduction in the combination efficiency. With the spectrally identical combination, it is additionally necessary for the individual pulses in the channels themselves to have phase or amplitude profiles that are as identical as possible. Deviations here can also lead to a reduction in the combination efficiency (see J. Limpert, A. Klenke, M. Kienei, S. Breitkopf, T. Eidam, S. Hädrich, C. Jauregui, and A. Tünnermann, "Performance Scaling of Ultrafast Laser Systems by Coherent Addition of Femtosecond Pulses, "IEEE J.
  • filled aperture means the coherent superposition of the partial beams in the near and far field.
  • overlay efficiency theoretically up to 100%.
  • a challenge is the need for one or more elements Beam superimposition, which can lead to undesired performance-related effects in or on these elements.
  • an output laser beam with an enlarged aperture is artificially formed, which, when the individual emissions of the partial beams are superimposed in the far field, represents the diffraction pattern of the artificially formed aperture.
  • the advantage is that there is no need for a combination element, which makes this approach scalable for performance.
  • the limited combination efficiency of typically ⁇ 60% is clearly disadvantageous.
  • Various approaches to components for beam splitting and combination are known in connection with the “filled aperture” method. For example, beams can be split and combined using 1: 2 beam splitters.
  • a 1: 2 beam splitter can be implemented using a polarization-dependent beam splitter or a partially reflective surface. By cascading, several of these beam splitters can be used to achieve 1: N splitting. It is therefore possible to generate N partial beams.
  • the same principle can also be used for the combination, ie the superposition of several partial beams in one output beam.
  • the disadvantage is that the scalability of the number of channels is made more difficult by the number of necessary elements (1: 2 beam splitters). For example, 31 1: 2 beam splitters are required for a 1:32 beam splitter.
  • a 1: N beam splitter can alternatively be implemented as a monolithic diffractive element.
  • the individual partial beams have an angular dispersion that is not identical for the different beams.
  • the different angular dispersion must be eliminated when using ultra-short pulses by means of adapted compensating elements. This can also lead to a high number of necessary elements and make scaling to a high number of channels more difficult. This approach is therefore also very complex.
  • Beam splitters based on reflective elements with zones of different reflectivity offer an elegant solution. It is known from the prior art to use such elements in systems with beam division and spatially separated optical amplifiers (or spectral broadening elements) for the individual partial beams (see A. Klenke, M. Müller, H. Stark, F. Stutzki, C. Hupel, T. Schreiber, A. Tünnermann, and J. Limpert, "Coherently combined 16-channel multicore fiber laser system,” Opt. Lett. 43, 2018).
  • the required enlargement of the beam cross-section leads to ever increasing demands on the surface quality of optical surfaces or substrates (e.g. mirrors, gratings, thin-film polarizers, etc.) of optical components that are required in the beam path between the combination element and application (e.g. a workpiece to be machined).
  • optical surfaces or substrates e.g. mirrors, gratings, thin-film polarizers, etc.
  • performance-limiting effects occur, e.g. Ionization in gas-filled hollow core fibers or Kerr nonlinearity in air or substrates that prevent practical use of the increased performance.
  • the object of the invention to provide an optical system which is improved compared to the prior art.
  • a high beam quality is to be achieved in the output laser beam, the requirements for the surface quality of the optical components used being reduced.
  • the invention achieves this object on the basis of an optical system of the type specified in the introduction in that at least one optical functional element from the group of transport element, spectral broadening element, beam deflection element, optical isolator, optical modulator and arranged in the beam path behind the at least one optical amplifier Pulse compressor is provided, through which the spatially separated partial beams propagate.
  • the combination of the partial beams in the output laser beam thus takes place only after passing through the at least one optical functional element.
  • the invention is based on the basic idea of continuing the concept of beam splitting, ie the generation of partial beams propagating in parallel, followed by coherent combination.
  • the spatially separated propagation of the partial beams does not end after the optical amplification, but is maintained, for example, directly until the application (experiment / workpiece). Accordingly, there is initially no combination of the partial beams, rather the individual, spatially separated partial beams propagate through, for example, a pulse compressor, a spectral broadening element, a transport element, etc., until a combination takes place shortly before the beam exit opening of the system or even directly at the application site.
  • the input laser radiation (e.g. a laser source) is split into several channels, each channel being assigned to a partial beam.
  • the number of channels N should be greater than or equal to two.
  • This is followed by spatially separated optical amplification (e.g. by means of several parallel optical amplifier units).
  • the spatially separated, amplified partial beams are now sent in parallel as a multi-beam array in the most compact possible arrangement by one or more functional elements of the laser system.
  • These elements can include a pulse compressor, elements for power modulation or optical switches (e.g. electro- or acousto-optical modulators, EOMs or AOMs), optical isolators, several spatially separated elements for spectral broadening (e.g. hollow core fiber with several cores / capillaries) as well as the partial beams Elements for transporting the radiation to the application.
  • the advantage of this approach is that the beam areas of the individual apertures assigned to the partial beams do not have to be increased with the total power. Accordingly, we play for a potential deterioration in the wavefront quality due to the lower surface quality of the optical devices used Components in the beam path only matter surface deformations on a surface of the single aperture. This is typically excellent even with large substrates. In practice, the surface quality cannot usually be maintained at a high level over the entire surface of a component. This problem is avoided by the invention.
  • the deformations on the entire surface of the components used in the optical functional element only act as static path length differences in the arrangement according to the invention and can be easily compensated for by the (with N partial beams) N-1 path length adjusting elements which are required anyway for the coherent combination become.
  • the path length control elements also take on the tasks of segmented (spatially divided) adaptive optics that correct all wave front deformations in the overall system. Only any other optical components or substrates in the beam path behind the combination element must have an excellent surface quality.
  • the division element and / or the combination element are each designed as a diffractive beam splitter.
  • the division element and / or the combination element can preferably each be designed as a reflective element with zones of different reflectivity, as is known in principle from the prior art.
  • the division element and / or the combination element each have two or more reflective elements on which the laser radiation is reflected one or more times in succession, the partial beams forming a two-dimensional array in a plane transverse to the direction of propagation. This enables a compact parallel beam path of the partial beams to be realized.
  • an error signal detector which derives an error signal from the output laser beam or from the partial beams, and a controller which derives at least one control signal from the error signal for controlling the at least one path length control element.
  • This control loop can advantageously be used for active control of the coherent Overlay in the output laser beam can be used.
  • the regulation can take place, for example, according to the known LOCSET principle or by sequential phase stabilization (see A. Klenke, M. Müller, H. Stark, A. Tünnermann, and J. Limpert, “Sequential phase locking scheme for a filled aperture intensity coherent combination of beam arrays ”, Opt. Express 9, 12072-12080, 2018).
  • the at least one optical amplifier can advantageously be an optically pumped multicore waveguide doped with rare earth ions, in which a plurality of waveguide structures are integrated, each waveguide structure carrying one of the partial beams. This enables a particularly compact structure to be implemented. Any (thermal or acoustic) disturbances have an essentially identical effect on all partial beams, so that the coherent superimposition in the output beam is hardly impaired.
  • the amplifier can also be a volume-optical amplifier without a waveguide structure, in which all or part of the partial beams propagate.
  • the at least one path length adjusting element should be arranged in the beam path in front of the at least one optical amplifier. This means that the path length control element does not have to be designed for high outputs.
  • the spectral broadening element can also be a multi-core waveguide in which a plurality of waveguide structures are integrated, each waveguide structure carrying one of the partial beams.
  • the spectral broadening element can be a volume-optical element without a waveguide structure.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of an optical system according to the invention as a block diagram
  • FIG. 2 shows a schematic illustration of an optical system according to the invention in one further development as a block diagram
  • an input laser beam coming from a laser source 1 is divided into N channels.
  • an arrangement of partially reflecting mirrors or polarizing beam splitters in a cascaded arrangement, diffractive elements or an arrangement of mirrors with zones of different reflectivity (see below) can serve as the division element 2.
  • the N spatially separated partial beams are now amplified in a spatially separated manner by means of an optical amplifier 4.
  • individual amplifiers e.g. fiber-based amplifiers
  • one or more multicore fibers which implement the concept of spatially separated amplification in a compact manner, can be used.
  • the path length actuators 3 required for controlling the coherent combination are ideally located in the beam path behind the splitting element 2 and in front of the optical amplifier 4. This includes, for example Piezo elements, EOMs or optical wedges that can be moved via actuators are possible.
  • the spatially separated propagation of the partial beams can now take place right up to the application.
  • Elements for beam deflection e.g. scanners, acousto-optical deflectors, etc.
  • elements for power modulation shutters, EOMs, AOMs, etc.
  • fiber-optic transport fibers e.g. multi-core fibers or multi-core hollow-core fibers
  • These elements are summarized with the reference number 5.
  • These elements are optical functional elements in the sense of the invention. It is also possible here that the deflection or modulation affects only a part of the partial beams.
  • the approach according to the invention has further advantages over the prior art.
  • the spatially separated, but as compact as possible arranged partial beams propagate through a pulse compressor (e.g. grating arrangement) as an optical functional element 5.
  • the partial beams do not exceed the thresholds of material destruction or non-linear pulse or beam degradation, since the Area scaling succeeds through the division into partial beams.
  • the beam combination can take place after the pulse compression.
  • the spatially separated partial beams can each be spectrally broadened beforehand. This can be done, for example, in spatially separated waveguides (e.g. glass fibers or gas-filled hollow core fibers).
  • the now spectrally broadened partial beams can then be compressed individually (for example by chirped mirrors) or propagated spatially separated until application.
  • further elements for beam or pulse modification can be run through. Elements for pulse selection, pulse or power modulation or beam deflection are conceivable. These functionalities are summarized in FIG. 1 overall with reference number 5.
  • the amplified, possibly spectrally broadened and modulated pulses can now propagate as spatially separated and collimated partial beams until application, before finally a coherent combination according to the “filled aperture” principle takes place at 6.
  • the division into N partial beams after the laser source 1 is achieved by using a mirror arrangement 2 (see FIG. 3) based on reflectors with zones of different reflectivity, which can produce a large number of partial beams in a compact design.
  • the N-1 path length adjusting elements are realized by a piezo array 3, the arrangement of which is adapted to the geometry of the partial beams.
  • the emitted laser radiation from the amplifying multicore fiber 4 is collimated and the resulting beam passes through a grating compressor 5 '.
  • the lattice compressor 5 ' there is a spectral broadening in a passive multi-core fiber or gas-filled multi-hollow core fiber 6'.
  • a multi-aperture propagation takes place at 7, for example in order to bridge the distance to the application 11 and / or to insert a power modulation or beam deflection.
  • a small fraction of the multi-aperture emission is directed onto a photodiode array 9 for the detection of an error signal.
  • a controller uses this to calculate the necessary corrections by the path length actuators 3.
  • the beam combination takes place at 8 as shortly before application 11 as possible. This is followed by pulse compression using chirped mirrors at 10.
  • FIG. 3 shows a division or combination element based on multiple reflection, as can be used in the exemplary embodiments of FIGS. 1 and 2.
  • the element consists of four sub-elements A, B, C, D.
  • the first sub-element A is a mirror with the highest possible reflectivity.
  • the second sub-element B comprises (in the example shown) four zones with different reflectivity.
  • the laser beams take the path shown in FIG. 3.
  • the reflectivities of the zones of the sub-element B can be selected such that the incident input laser beam EL is divided into partial beams in a certain ratio.
  • An example is a distribution in equal parts to all partial beams. This is achieved by choosing the reflectivities of the four zones at 75%, 66%, 50% and 0%.
  • the outgoing four partial beams then fall on plane-parallel surfaces of the two sub-elements C and D, which are tilted to the sub-elements A, B.
  • Sub-element C is again highly reflective.
  • the sub-element D in turn has four zones of different reflectivity (as before).
  • a two-dimensional array of 16 partial beams is generated in a plane perpendicular to the beam path.
  • the number of zones of different reflectivity in the sub-elements B and D can be any, in accordance with the desired number of partial beams, ie in accordance with the division ratio.
  • the combination element can be of identical design and can be arranged in such a way that the resulting path length differences of the 16 partial beams cancel each other out exactly. Due to the integration of the division or combination in a single element, a compact design is possible and easy adjustment is ensured. In addition, there is no angular dependence of the partial beams on the wavelength, so the element is also suitable for spectrally broadband radiation and therefore for use with ultrashort pulses.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein optisches System mit einem Aufteilungselement (2), das einen Eingangslaserstrahl (EL) in eine Anzahl von räumlich getrennten Teilstrahlen aufteilt, wenigstens einem optischen Verstärker (4), durch den die räumlich getrennten Teilstrahlen propagieren, wenigstens einem Weglängen-Stellelement (3), das die Weglänge wenigstens eines der Teilstrahlen verstellt, und einem Kombinationselement (6, 8), das die Teilstrahlen in einem Ausgangslaserstrahl kohärent überlagert. Es ist Aufgabe der Erfindung, eine hohe Strahlqualität im Ausgangslaserstrahl zu erzielen, wobei die Anforderungen an die Oberflächenqualität der verwendeten optischen Komponenten gegenüber dem Stand der Technik reduziert sein sollen. Die Erfindung schlägt hierzu vor, dass wenigstens ein im Strahlverlauf hinter dem wenigstens einen optischen Verstärker (4) angeordnetes optisches Funktionselement (5, 5', 6', 7) aus der Gruppe Transportelement, spektrales Verbreiterungselement, Strahlablenkungselement, optischer Isolator, optischer Modulator und Pulskompressor, vorgesehen ist, durch das die räumlich getrennten Teilstrahlen propagieren.

Description

Multi-Apertur-Lasersystem Die Erfindung betrifft ein optisches System mit
einem Aufteilungselement, das einen Eingangslaserstrahl in eine Anzahl von räumlich getrennten Teilstrahlen aufteilt,
wenigstens einem optischen Verstärker, durch den die räumlich getrennten Teilstrahlen propagieren,
- wenigstens einem Weglängen-Stellelement, das die Weglänge wenigstens eines der Teilstrahlen verstellt, und
einem Kombinationselement, das die Teilstrahlen in einem Ausgangsstrahl kohärent überlagert.
Die Leistungsfähigkeit von optischen Komponenten, z.B. von Laserverstärkern, spektralen Verbreiterungselementen, Transportfasern, Optiken (z.B. Spiegeloberflächen, Substrate, Linsen) usw. ist durch verschiedene physikalische Effekte begrenzt. Dabei ist zwischen der Durchschnittsleistung und der bei gepulsten Systemen wichtigen Pulsspitzenleistung zu unterscheiden. Eine Begrenzung ist auf thermische Effekte zurückzuführen, welche ab einer gewissen Durchschnittsleistung auftreten und von der Geometrie des Elementes sowie äußeren Einflüssen abhängen. Als ein Beispiel für diese Effekte kann bei klassischen Festkörperlasern eine Veränderung des Ausgangsstrahls aufgrund des Auftretens einer thermischen Linse angeführt werden. Bei Faserverstärkern stellt dagegen das Auftreten von Modeninstabilitäten durch thermische Effekte eine Begrenzung der erreichbaren mittleren Ausgangsleistung dar. Bei hohen Pulsspitzenleistungen treten darüber hinaus nichtlineare Effekte im Medium auf, wie z.B. Selbstphasenmodulation. Diese sorgen für eine räumliche bzw. zeitliche Veränderung der Phase der Laserstrahlung. Im zeitlichen Bereich kann es deshalb zu einer nicht gewünschten Verformung des Pulses kommen, was vor allem bei Pulsen mit hoher Bandbreite zu einer Verringerung der Pulsqualität und Verlängerung der Pulsdauer führt. Im räumlichen Bereich können diese nichtlinearen Effekte zur Selbstfokussierung des Strahls führen, was schnell eine Zerstörung des jeweiligen Mediums hervorrufen kann. Neben der Begrenzung der maximal möglichen Pulsspitzenleistung in Verbindung mit einer gegebenen Pulsform bzw. Pulslänge bewirken nichtlineare Effekte auch eine Begrenzung der maximalen Pulsenergie. Zusätzlich sind Beschädigungen des Mediums bei hohen Pulsspitzenleistungen oder Pulsenergien möglich, welche ebenfalls eine Begrenzung darstellen können.
In Elementen zur spektralen Verbreiterung werden nichtlineare Effekte ausgenutzt. Auch dort gibt es aber limitierende physikalische Effekte. Werden als nichtlineare Medien Festkörpermaterialien in Form von Kristallen oder Fasern eingesetzt, dann ist vor allem durch die bereits beschriebene Selbstfokussierung eine Grenze für die Pulsspitzenleistung gegeben. Verwendet man edelgasgefüllte Kapillaren als nichtlineares Medium, sind deutlich höhere Pulsspitzenleistungen möglich, wobei auch diese mit existierenden Lasersystemen bereits erreicht werden. Darüber hinaus kann die hohe Intensität zur Ionisation des Gases führen, was nicht erwünscht ist.
Verschiedene Ansätze zur Überwindung dieser Begrenzungen und zur Steigerung der erreichbaren mittleren Ausgangsleistung sind aus dem Stand der Technik bekannt.
Zum Beispiel existieren Ansätze zur Vermeidung von Limitierungen in Bezug auf die optische Verstärkung und die spektrale Verbreiterung.
Durch Vergrößerung der Strahlfläche ist es möglich, die Leistungsdichte bzw. die Pulsspitzenintensitäten in den verwendeten optischen Elementen zu reduzieren. Ein Beispiel beim Einsatz von faseroptischen Elementen ist die Verwendung von so genannten Large-Mode-Area Fasern. Dies ermöglicht aufgrund der größeren Strahlfläche eine entsprechende Erhöhung der Pulsspitzenleistung ohne nachteilige Auswirkungen. Eine wesentliche Herausforderung besteht hierbei allerdings in der Aufrechterhaltung einer hohen Strahlqualität, da eine ausreichend hohe Oberflächenqualität der verwendeten optischen Komponenten mit wachsender Größe der Komponenten (entsprechend der vergrößerten Strahlfläche) in der Praxis kaum gewährleistet werden kann. Mängel der Oberflächenqualität führen schließlich zu einer unerwünschten Wellenfront- verzerrung des Laserstrahls.
Durch Verwendung von beispielsweise zirkular polarisierten Pulsen kann die Stärke des Kerr-Effekts herabgesetzt werden, welcher u.a. für das Auftreten der Selbstfokussierung verantwortlich ist.
Durch Manipulation der spektralen Phasen oder Amplituden kann eine Degradation der Pulsqualitat durch nichtlineare Effekte kompensiert werden.
Bei der so genannten Chirped-Pulse Amplification (CPA) erfolgt vor der Verstärkung eine zeitliche Streckung der Pulse, sodass die Pulsspitzenleistung während der Verstärkung entsprechend reduziert wird. Nach der Verstärkung werden die Pulse wieder zeitlich komprimiert.
Bei der so genannten Divided Pulse Amplification (DPA) bzw. Divided Pulse Nonlinear Compression (DPNLC) erfolgt eine Aufteilung eines Pulses in mehrere zeitlich getrennte Pulsreplika. Nach der Verstärkung bzw. Verbreiterung der Pulse des Pulszuges erfolgt eine Rekombination in einem Puls. Aufgrund der zeitlichen Aufteilung ist die Pulsspitzenleistung jeder Pulsreplika kleiner als diejenige eines einzelnen Pulses.
Räumlich getrennte Verstärker bzw. spektrale Verbreiterungselemente können verwendet werden, wobei eine Aufspaltung des Eingangsstrahls mittels Strahlteilern in mehrere Teilstrahlen erfolgt. Diese werden in mehreren räumlich getrennten, unabhängigen optischen Elementen/Kanälen verstärkt bzw. spektral verbreitert und schließlich wieder in einem Strahl kombiniert. Dabei ist zwischen Kombination von Signalen gleicher oder unterschiedlicher Spektren zu unterscheiden. Bei der spektral gleichen Kombination propagieren in den verschiedenen Kanälen die gleichen spektralen Komponenten, es findet am Strahlteiler nur eine Teilung der Leistung statt. Bei der spektralen Kombination hingegen findet zusätzlich noch eine spektrale Teilung der Eingangslaserstrahlung statt. Kombinationen beider Verfahren sind möglich. Zusätzlich ist die zeitliche Phasenlage der einzelnen Teilstrahlen von fundamentaler Bedeutung, welche im sub-Wellenlängenbereich übereinstimmen muss. In einigen Fällen kann aufgrund des Aufbaus gewährleistet werden, dass diese Bedingung durchgehend erfüllt ist. Ansonsten kann eine aktive Stabilisierung der Phasenlagen nötig sein. Darüber hinaus muss im gepulsten Betrieb der möglichst genaue zeitliche Überlapp der einzelnen Pulse bei der Kombination gewährleistet werden. Eine Abweichung führt zu einer Verringerung der Kombinationseffizienz. Bei der spektral gleichen Kombination ist es zusätzlich erforderlich, dass die einzelnen Pulse in den Kanälen selbst möglichst identische Phasen- bzw. Amplitudenprofile aufweisen. Abweichungen können hier ebenfalls zu einer Verringerung der Kombinationseffizienz führen (siehe J. Limpert, A. Klenke, M. Kienei, S. Breitkopf, T. Eidam, S. Hädrich, C. Jauregui, and A. Tünnermann, "Performance Scaling of Ultrafast Laser Systems by Coherent Addition of Femtosecond Pulses," IEEE J. Sei. Top. Quantum Electron. 20, 268- 277, 2014; Guichard, M. Hanna, L. Lombard, Y. Zaouter, C. Hönninger, F. Morin, F. Druon, E. Mottay, and P. Georges, "Two-channel pulse synthesis to overcome gain narrowing in femtosecond fiber amplifiers.," Opt. Lett. 38, 5430-3, 2013; T. W. Hänsch and B. Couillaud, "Laser frequency stabilization by polarization spectroscopy of a reflecting reference cavity," Opt. Commun. 35, 441-444, 1980; T. M. Shay, "Theory of electronically phased coherent beam combination without a reference beam," Opt. Express 14, 12188-12195, 2006; A. Klenke, E. Seise, J. Limpert, and A. Tünnermann, "Basic considerations on coherent combining of ultrashort laser pulses," Opt. Express 19, 25379-25387, 2011 ).
Bei den bekannten Techniken zur räumlich getrennten Propagation bzw. Verstärkung der Teilstrahlen unterscheidet man hinsichtlich der Kombination der Teilstrahlen im Ausgangslaserstrahl zwischen sog. „filled aperture“ und „tiled aperture“ Ansätzen. Ersterer Ansatz („filled aperture“) bedeutet dabei die kohärente Überlagerung der Teilstrahlen im Nah- und Fernfeld. Vorteil dieses Ansatzes ist die hohe Überlagerungseffizienz (theoretisch bis zu 100%). Eine Herausforderung bildet aber die Notwendigkeit eines oder mehrerer Elemente zur Strahlüberlagerung, was zu unerwünschten leistungsabhängigen Effekten in oder auf diesen Elementen führen kann. Bei der„tiled aperture“ Kombination werden die Teilstrahlen zu einer neuen Gesamtemission zusammengesetzt. Es wird damit künstlich ein Ausgangslaserstrahl mit vergrößerter Apertur gebildet, der, wenn die Einzelemissionen der Teilstrahlen im Fernfeld überlagert sind, das Beugungsmuster der künstlich gebildeten Apertur darstellt. Vorteil ist der mögliche Verzicht auf ein Kombinationselement, wodurch dieser Ansatz als leistungsskalierbar gilt. Deutlich nachteilig ist jedoch die limitierte Kombinationseffizienz von typischerweise < 60%. Im Zusammenhang mit der„filled aperture“-Methode sind verschiedene Ansätze für Komponenten zur Strahlaufteilung und Kombination bekannt. Zum Beispiel können Strahlen mit Hilfe von 1 :2-Strahlteilern aufgeteilt und kombiniert werden. Ein 1 :2-Strahlteiler kann mit Hilfe eines polarisationsabhängigen Strahlteilers bzw. einer teilreflektiven Oberfläche realisiert werden. Durch Kaskadierung ist mit mehreren dieser Strahlteiler eine 1 :N Teilung realisierbar. Die Erzeugung von N Teilstrahlen ist damit möglich. Das gleiche Prinzip kann auch für die Kombination, d.h. die Überlagerung mehrerer Teilstrahlen in einem Ausgangsstrahl verwendet werden. Nachteilig ist, dass die Skalierbarkeit der Anzahl der Kanäle durch die Menge der notwendigen Elemente (1 :2-Strahlteiler) erschwert wird. So sind zum Beispiel für einen 1 :32 Strahlteiler 31 1 :2-Strahlteiler nötig.
Ein 1 :N-Strahlteiler lässt sich alternativ als ein monolithisches diffraktives Element realisieren. Allerdings weisen die einzelnen Teilstrahlen eine Winkeldispersion auf, die für die verschiedenen Strahlen nicht identisch ist. Die unterschiedliche Winkeldispersion muss bei der Verwendung von ultrakurzen Pulsen durch jeweils angepasste Ausgleichselemente beseitigt werden. Dies kann ebenfalls zu einer hohen Anzahl von nötigen Elementen führen und die Skalierung zu einer hohen Kanalzahl erschweren. Dieser Ansatz ist somit ebenfalls sehr aufwendig.
Eine elegante Lösung bieten hier Strahlteiler basierend auf reflektiven Elementen mit Zonen unterschiedlicher Reflektivität. Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, solche Elemente in Systemen mit Strahlaufteilung und räumlich getrennten optischen Verstärkern (oder spektralen Verbreiterungselementen) für die einzelnen Teilstrahlen einzusetzen (siehe A. Klenke, M. Müller, H. Stark, F. Stutzki, C. Hupel, T. Schreiber, A. Tünnermann, and J. Limpert, "Coherently combined 16-channel multicore fiber laser System," Opt. Lett. 43, 2018).
Die bisher bekannten Methoden, die auf der räumlichen und/oder zeitlichen Aufteilung von Laserstrahlen oder -pulsen basieren, zielen auf die Umgehung von Leistungslimitierungen der optischen Verstärker oder spektralen Verbreiterungs- elemente ab. Sämtliche bekannte Methoden gehen davon aus, dass nach der Verstärkung und/oder spektralen Verbreiterung wiederum eine Kombination der Teilstrahlen erfolgt. Durch die kohärente Kombination der Teilstrahlen, insbesondere bei ultrakurzgepulster Laserstrahlung, sind zwar neuartige Parameterbereiche darstellbar. Dabei entstehen jedoch Leistungsdichten, die eine Vergrößerung der Strahlfläche im Ausgangslaserstrahl unumgänglich machen, um einen störenden Einfluss auf die räumliche, die spektrale und/oder zeitliche Charakteristik der Laserstrahlung durch nichtlineare Effekte oder Materialmodifikationen zu vermeiden. Die erforderliche Vergrößerung des Strahlquerschnittes führt zu immer weiter steigenden Anforderungen an die Oberflächenqualität optischer Flächen bzw. Substrate (z.B. Spiegel, Gitter, Dünnschichtpolarisatoren etc.) von optischen Komponenten, die im Strahlverlauf zwischen Kombinationselement und Applikation (z.B. einem zu bearbeitenden Werkstück) benötigt werden. Darüber hinaus treten leistungsbegrenzende Effekte auf, z.B. Ionisierung in gasgefüllten Hohlkernfasern oder Kerr-Nichtlinearität in Luft oder Subtraten, die einer praktischen Nutzung der gesteigerten Leistung im Wege stehen.
Es ist vor diesem Hintergrund Aufgabe der Erfindung, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes optisches System bereitzustellen. Insbesondere soll eine hohe Strahlqualität im Ausgangslaserstrahl erzielt werden, wobei die Anforderungen an die Oberflächenqualität der verwendeten optischen Komponenten reduziert werden.
Diese Aufgabe löst die Erfindung ausgehend von einem optischen System der eingangs angegebenen Art dadurch, dass wenigstens ein im Strahlverlauf hinter dem wenigstens einen optischen Verstärker angeordnetes optisches Funktionselement aus der Gruppe Transportelement, spektrales Verbreiterungs- element, Strahlablenkungselement, optischer Isolator, optischer Modulator und Pulskompressor, vorgesehen ist, durch das die räumlich getrennten Teilstrahlen propagieren. Die Kombination der Teilstrahlen im Ausgangslaserstrahl erfolgt somit erst nach Durchlaufen des wenigstens einen optischen Funktions- elementes. Die Erfindung basiert auf der Grundidee, das Konzept der Strahlaufteilung, d.h. der Erzeugung von parallel propagierenden Teilstrahlen, gefolgt von kohärenter Kombination fortzuführen. Die räumlich getrennte Propagation der Teilstrahlen endet erfindungsgemäß jedoch nicht nach der optischen Verstärkung, sondern wird beispielsweise unmittelbar bis zur Applikation (Experiment/Werkstück) aufrechterhalten. Demnach findet zunächst keine Kombination der Teilstrahlen statt, vielmehr propagieren die einzelnen, räumlich getrennten Teilstrahlen durch z.B. einen Pulskompressor, ein spektrales Verbreiterungselement, ein Transportelement etc., bis letztlich eine Kombination kurz vor der Strahlaustrittsöffnung des Systems oder sogar unmittelbar am Ort der Applikation stattfindet.
Die Eingangslaserstrahlung (z.B. einer Laserquelle) wird auf mehrere Kanäle aufgespalten, wobei jeder Kanal einem Teilstrahl zugeordnet ist. Die Kanalanzahl N sollte größer oder gleich zwei betragen. Anschließend erfolgt eine räumlich getrennte optische Verstärkung (z.B. durch mehrere parallele optische Verstärkereinheiten). Die räumlich getrennten, verstärkten Teilstrahlen werden nun parallel als Mehrstrahlarray in möglichst kompakter Anordnung durch ein oder mehrere Funktionselemente des Lasersystems gesendet. Diese Elemente können ein Pulskompressor, Elemente zur Leistungsmodulation oder optische Schalter (z.B. elektro- oder akustooptische Modulatoren, EOMs bzw. AOMs), optische Isolatoren, mehrere räumlich getrennte Elemente zur spektralen Verbreiterung (z.B. Hohlkernfaser mit mehreren Kernen/Kapillaren) sowie auch die Teilstrahlen führende Elemente zum Transport der Strahlung zur Applikation sein.
Vorteil dieses Ansatzes ist es, dass die Strahlflächen der den Teilstrahlen zugeordneten Einzelaperturen nicht mit der Gesamtleistung vergrößert werden müssen. Demnach spielen für eine potenzielle Verschlechterung der Wellenfrontqualität durch mindere Oberflächenqualität der benutzten optischen Komponenten im Strahlengang nur Oberflächendeformationen auf einer Fläche der Einzelapertur eine Rolle. Diese ist typischerweise auch bei großen Substraten exzellent. Nur über die gesamte Oberfläche einer Komponente lässt sich die Oberflächenqualität in der Praxis meist nicht auf hohem Niveau halten. Dieses Problem wird durch die Erfindung umgangen.
Die Deformationen auf der gesamten Oberfläche der in dem optischen Funktionselement verwendeten Komponenten wirken sich in der erfindungsgemäßen Anordnung lediglich als statische Weglängenunterschiede aus und können durch die (bei N Teilstrahlen) N-1 Weglängen-Stellelemente, die zur kohärenten Kombination ohnehin benötigt werden, einfach kompensiert werden. Die Weglängen-Stellelemente übernehmen damit zusätzlich die Aufgaben einer segmentierten (räumlich unterteilten) adaptiven Optik, die sämtliche Wellenfrontdeformationen im Gesamtsystem korrigiert. Lediglich etwaige weitere optische Komponenten bzw. Substrate im Strahlverlauf hinter dem Kombinationselement müssen eine exzellente Oberflächenqualität aufweisen.
Bei einer bevorzugten Ausgestaltung sind das Aufteilungselement und/oder das Kombinationselement jeweils als diffra ktiver Strahlteiler ausgebildet.
Das Aufteilungselement und/oder das Kombinationselement können bevorzugt jeweils als reflektives Element mit Zonen unterschiedlicher Reflektivität ausgebildet sein, wie prinzipiell aus dem Stand der Technik bekannt. Besonders bevorzugt weisen das Aufteilungselement und/oder das Kombinationselement jeweils zwei oder mehr reflektive Elemente auf, an denen die Laserstrahlung nacheinander ein- oder mehrfach reflektiert wird, wobei die Teilstrahlen in einer Ebene quer zur Propagationsrichtung ein zweidimensionales Array bilden. Damit lässt sich ein kompakter paralleler Strahlverlauf der Teilstrahlen realisieren.
Bei einer weiter bevorzugten Ausgestaltung ist ein Fehlersignaldetektor vorgesehen, der aus dem Ausgangslaserstrahl oder aus den Teilstrahlen ein Fehlersignal ableitet, und ein Regler, der aus dem Fehlersignal wenigstens ein Stellsignal zur Ansteuerung des wenigstens einen Weglängen-Stellelementes ableitet. Dieser Regelkreis kann vorteilhaft zur aktiven Steuerung der kohärenten Überlagerung im Ausgangslaserstrahl verwendet werden. Die Regelung kann z.B. nach dem bekannten LOCSET-Prinzip erfolgen oder durch eine sequentielle Phasenstabilisierung (siehe A. Klenke, M. Müller, H. Stark, A. Tünnermann, and J. Limpert, „Sequential phase locking scheme for a filled aperture intensitiy coherent combination of beam arrays“, Opt. Express 9, 12072-12080, 2018).
Der wenigstens eine optische Verstärker kann mit Vorteil ein mit Seltenerdionen dotierter, optisch gepumpter Mehrkern-Wellenleiter sein, in dem eine Mehrzahl von Wellenleiterstrukturen integriert ist, wobei jede Wellenleiterstruktur einen der Teilstrahlen führt. Damit lässt sich ein besonders kompakter Aufbau realisieren Etwaige (thermische oder akustische) Störungen wirken sich auf alle Teilstrahlen im Wesentlichen gleich aus, so dass die kohärente Überlagerung im Ausgangsstrahl kaum beeinträchtigt wird. Der Verstärker kann aber auch ein volumenoptischer Verstärker ohne Wellenleiterstruktur sein, in dem alle oder ein Teil der Teilstrahlen propagieren. Das wenigstens eine Weglängen-Stellelement sollte im Strahlverlauf vor dem wenigstens einen optischen Verstärker angeordnet sein. Damit muss das Weglängen-Stellelement nicht für hohe Leistungen ausgelegt werden.
Auch das spektrale Verbreiterungselement, ebenso wie das Transportelement kann jeweils ein Mehrkern-Wellenleiter sein, in dem eine Mehrzahl von Wellenleiterstrukturen integriert ist, wobei jede Wellenleiterstruktur einen der Teilstrahlen führt. Alternativ kann das spektrale Verbreiterungselement ein volumenoptisches Element ohne Wellenleiterstruktur sein.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen optischen Systems als Blockdiagramm;
Figur 2 schematische Darstellung eines erfin- dungsgemäßen optischen Systems in einer weiteren Ausgestaltung als Block- diagramm;
Figur 3 auf mehrfacher Reflexion basierendes
Aufteilungs- bzw. Kombinationselement. Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 wird ein Eingangslaserstrahl von einer Laserquelle 1 kommend auf N Kanäle aufgeteilt. Hierfür kann als Aufteilungselement 2 eine Anordnung aus teilreflektiven Spiegeln oder polarisierenden Strahlteilern in einer kaskadierten Anordnung, diffraktive Elemente oder eine Anordnung aus Spiegeln mit Zonen unterschiedlicher Reflektivität (s.u.) dienen. Die N räumlich getrennten Teilstrahlen werden nun räumlich getrennt verstärkt mittels eines optischen Verstärkers 4. Flierzu können klassisch einzelne Verstärker (z.B. faserbasierte Verstärker) genutzt werden oder eine oder mehrere Mehrkernfasern, die das Konzept der räumlich getrennten Verstärkung in kompakter Art und Weise umsetzen. Die nötigen Weglängen- Stellglieder 3 zur Steuerung der kohärenten Kombination befinden sich idealerweise im Strahlverlauf hinter dem Aufteilungselement 2 und vor dem optischen Verstärker 4. Hierzu kommen z.B. Piezoelemente, EOMs oder über Aktoren bewegliche optische Keile in Frage.
Handelt es sich um ein kontinuierlich (cw) emittierendes Lasersystem, kann nun die räumlich getrennte Propagation der Teilstrahlen (Multiaperturemission) bis unmittelbar zur Applikation stattfinden. Elemente zur Strahlablenkung (z.B. Scanner, akusto-optische Deflektoren, usw.) sowie Elemente zur Leistungsmodulation (Shutter, EOMs, AOMs, usw.) oder faseroptische Transportfasern (z.B. Multikernfasern oder Multikern-Hohlkernfasern) werden von der Multiaperturemission durchstrahlt. Diese Elemente sind mit der Bezugsziffer 5 zusammengefasst. Diese Elemente sind optische Funktionselemente im Sinne der Erfindung. Möglich ist hierbei auch, dass die Ablenkung bzw. Modulation nur auf einen Teil der Teilstrahlen wirkt. Erst kurz vor der Applikation werden die Teilstrahlen überlagert und kohärent kombiniert („filled aperture“-Kombination), und zwar mittels eines Kombinationselementes 6, das komplementär zu dem Aufteilungselement 2 aufgebaut ist. Eine„tiled aperture“-Kombination sei hier explizit ausgeschlossen. Handelt es sich um ein gepulstes und insbesondere ultrakurzgepulstes Lasersystem, hat der erfindungsgemäße Ansatz weitere Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. Nach der Aufteilung und der räumlich getrennten Verstärkung propagieren die räumlich getrennten, aber möglichst kompakt angeordneten Teilstrahlen durch einen Pulskompressor (z.B. Gitteranordnung) als optisches Funktionselement 5. Die Teilstrahlen überschreiten dabei nicht die Schwellen der Materialzerstörung bzw. nichtlinearen Puls- bzw. Strahldegradation, da die Flächenskalierung über die Aufteilung in Teilstrahlen gelingt. Nach der Pulskompression kann die Strahlkombination stattfinden. Ebenso können die räumlich getrennten Teilstrahlen zuvor noch jeweils eine spektrale Verbreiterung erfahren. Dies gelingt zum Beispiel in räumlich getrennt angeordneten Wellenleitern (z.B. Glasfasern oder gasgefüllte Hohlkernfasern). Die nun spektral verbreiterten Teilstrahlen können dann einzeln komprimiert werden (z.B. durch gechirpte Spiegel) oder räumlich getrennt bis zur Applikation propagieren. Anstelle der spektralen Verbreiterung oder zusätzlich zu dieser können weitere Elemente zur Strahl- bzw. Pulsmodifikation durchlaufen werden. Denkbar sind Elemente zur Pulsselektion, Puls- bzw. Leistungsmodulation oder Strahlablenkung. Diese Funktionalitäten sind in der Figur 1 insgesamt mit Bezugsziffer 5 zusammengefasst. Die verstärkten, ggf. spektral verbreiterten und modulierten Pulse können nun bis zur Applikation als räumlich getrennte und kollimierte Teilstrahlen propagieren, bevor schließlich eine kohärente Kombination nach dem„filled aperture“-Prinzip bei 6 stattfindet.
Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 wird als optischer Multikanal-Verstärker 4 eine Seltenerd-dotierte Multikernfaser (Kernanzahl = N) verwendet. Die Aufteilung in N Teilstrahlen nach der Laserquelle 1 gelingt durch den Einsatz einer Spiegelanordnung 2 (siehe Figur 3) basierend auf Reflektoren mit Zonen unterschiedlicher Reflektivität, welche in kompakter Bauweise eine hohe Anzahl von Teilstrahlen erzeugen kann. Die N-1 Weglängen-Stellelemente werden durch ein Piezoarray 3, welches in seiner Anordnung der Geometrie der Teilstrahlen angepasst ist, realisiert. Die emittierte Laserstrahlung der verstärkenden Multikernfaser 4 wird kollimiert und das resultierende Strahlenbündel durchläuft einen Gitterkompressor 5‘. Nach dem Gitterkompressor 5‘ erfolgt eine spektrale Verbreiterung in einer passiven Multikernfaser bzw. gasgefüllten Multi-Hohlkern- Faser 6‘. Dazu kann das Teilstrahlen-Array aus der verstärkenden Multikernfaser 4 nach Durchgang durch den Gitterkompressor 5‘ direkt in die Multikern- Verbreiterungsfaser 6‘ abgebildet werden. Eine Multiapertur-Propagation erfolgt bei 7, z.B. um die Wegstrecke zur Applikation 11 zu überbrücken und/oder um eine Leistungsmodulation oder Strahlablenkung einzufügen. Zur kohärenten Kombination wird ein kleiner Bruchteil der Multiapertur-Emission auf ein Photodioden-Array 9 zur Detektion eines Fehlersignals gelenkt. Ein (nicht dargestellter) Regler berechnet daraus die notwenigen Korrekturen durch die Weglängen-Stellglieder 3. Möglichst kurz vor der Applikation 11 findet die Strahlkombination bei 8 statt. Es folgt eine Pulskompression mittels gechirpten Spiegeln bei 10.
Die Figur 3 zeigt ein auf mehrfacher Reflexion basierendes Aufteilungs- bzw. Kombinationselement, wie es bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 und 2 zum Einsatz kommen kann.
Das Element besteht aus vier Unterelementen A, B, C, D. Beim ersten Unterelement A handelt es sich um einen Spiegel mit möglichst hoher Reflektivität. Das zweite Unterelement B umfasst (bei dem dargestellten Beispiel) vier Zonen mit unterschiedlicher Reflektivität. Die Laserstrahlen nehmen den in der Figur 3 dargestellten Weg. Die Reflektivitäten der Zonen des Unterelementes B können so gewählt werden, dass der einfallende Eingangslaserstrahl EL in einem bestimmten Verhältnis auf Teilstrahlen aufgeteilt wird. Ein Beispiel ist eine Aufteilung in gleichen Teilen auf alle Teilstrahlen. Dies wird durch die Wahl der Reflektivitäten der vier Zonen zu 75%, 66%, 50% und 0% erreicht. Die ausgehenden vier Teilstrahlen fallen dann auf planparallele Oberflächen der beiden Unterelemente C und D, die zu den Unterelementen A, B verkippt sind. Das Unterelement C ist wiederum hoch reflektiv. Das Unterelement D weist wiederum vier Zonen unterschiedlicher Reflektivität (wie vor) auf. Im Ergebnis wird, wie dargestellt, in eine Ebene senkrecht zum Strahlverlauf ein zweidimensionales Array aus 16 Teilstrahlen erzeugt. Die Zahl der Zonen unterschiedlicher Reflektivität bei den Unterelementen B und D kann jeweils beliebig sein, entsprechend der gewünschten Zahl von Teilstrahlen, d.h. entsprechend dem Teilungsverhältnis. Das Kombinationselement kann, wie zuvor ausgeführt, identisch ausgeführt sein und in der Weise angeordnet sein, dass sich die entstehenden Weglängen- unterschiede der 16 Teilstrahlen genau aufheben. Aufgrund der Integration der Aufteilung bzw. Kombination in einem einzelnen Element ist eine kompakte Bauweise möglich, und es wird eine einfache Justage gewährleistet. Außerdem existiert keine Winkelabhängigkeit der Teilstrahlen von der Wellenlänge, das Element eignet sich also auch für spektral breitbandige Strahlung und damit für die Verwendung für ultrakurze Pulse.

Claims

Patentansprüche
1. Optisches System mit
einem Aufteilungselement (2), das einen Eingangslaserstrahl (EL) in eine Anzahl von räumlich getrennten Teilstrahlen aufteilt,
wenigstens einem optischen Verstärker (4), durch den die räumlich getrennten Teilstrahlen propagieren,
wenigstens einem Weglängen-Stellelement (3), das die Weglänge wenigstens eines der Teilstrahlen verstellt, und
- einem Kombinationselement (6, 8), das die Teilstrahlen in einem
Ausgangslaserstrahl kohärent überlagert,
gekennzeichnet durch wenigstens ein im Strahlverlauf hinter dem wenigstens einen optischen Verstärker (4) angeordnetes optisches Funktionselement (5, 5‘, 6‘, 7) aus der Gruppe Transportelement, spektrales Verbreiterungselement, Strahlablenkungselement, optischer Isolator, optischer Modulator und Pulskompressor, durch das die räumlich getrennten Teilstrahlen propagieren.
2. Optisches System nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Aufteilungselement (2) und/oder das Kombinationselement (6, 8) jeweils als diffraktiver Strahlteiler ausgebildet sind.
3. Optisches System nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufteilungselement (2) und/oder das Kombinationselement (6, 8) jeweils als reflektives Element mit Zonen unterschiedlicher Reflektivität ausgebildet sind.
4. Optisches System nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Aufteilungselement (2) und/oder das Kombinationselement (6, 8) jeweils zwei oder mehr reflektive Elemente (A, B, C, D) aufweisen, an denen die
Laserstrahlung nacheinander ein- oder mehrfach reflektiert wird.
5. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Teilstrahlen in einer Ebene quer zur Propagationsrichtung ein zweidimensionales Array bilden.
6. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch einen Fehlersignaldetektor (9), der aus dem
Ausgangslaserstrahl oder aus den Teilstrahlen ein Fehlersignal ableitet, und einen Regler, der aus dem Fehlersignal wenigstens ein Stellsignal zur Ansteuerung des wenigstens einen Weglängen-Stellelementes (3) ableitet.
7. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine optische Verstärker (4) ein mit Seltenerdionen dotierter, optisch gepumpter Mehrkern-Wellenleiter ist, in dem eine Mehrzahl von Wellenleiterstrukturen integriert ist, wobei jede Wellenleiterstruktur einen der Teilstrahlen führt.
8. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Weglängen-Stellelement (3) im Strahlverlauf vor dem wenigstens einen optischen Verstärker (4) angeordnet ist.
9. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass sich das Kombinationselement (6, 8) am Ort der Applikation des Ausgangslaserstrahls befindet.
10. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Pulskompressor eine Anordnung aus einem oder mehr Gitterpaaren oder Prismenpaaren ist, wobei jedes Gitter- bzw. Prismenpaar von jedem der räumlich getrennten Teilstrahlen ein- oder mehrfach durchstrahlt wird.
11. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das spektrale Verbreiterungselement ein Mehrkern- Wellenleiter ist, in dem eine Mehrzahl von Wellenleiterstrukturen integriert ist, wobei jede Wellenleiterstruktur einen der Teilstrahlen führt.
12. Optisches System nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass das Transportelement ein Mehrkern-Wellenleiter ist, in dem eine Mehrzahl von Wellenleiterstrukturen integriert ist, wobei jede Wellenleiterstruktur einen der Teilstrahlen führt.
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