DE19802845B4 - Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Femtosekundenimpulsen mit hoher Leistung mittels eines Lichtwellenleiter-Verstärkers - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Femtosekundenimpulsen mit hoher Leistung mittels eines Lichtwellenleiter-Verstärkers Download PDF

Info

Publication number
DE19802845B4
DE19802845B4 DE19802845A DE19802845A DE19802845B4 DE 19802845 B4 DE19802845 B4 DE 19802845B4 DE 19802845 A DE19802845 A DE 19802845A DE 19802845 A DE19802845 A DE 19802845A DE 19802845 B4 DE19802845 B4 DE 19802845B4
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
amplifier
optical
pulses
nonlinear
optical pulses
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
DE19802845A
Other languages
English (en)
Other versions
DE19802845A1 (de
Inventor
Martin E. Dr. Ann Arbor Fermann
Almantas Dr. Ann Arbor Galvanauskas
Donald J. Dr. Ann Arbor Harter
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
IMRA America Inc
Original Assignee
IMRA America Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by IMRA America Inc filed Critical IMRA America Inc
Publication of DE19802845A1 publication Critical patent/DE19802845A1/de
Application granted granted Critical
Publication of DE19802845B4 publication Critical patent/DE19802845B4/de
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H01S3/06754—Fibre 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
    • H01S3/30—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects
    • H01S3/302—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range using scattering effects, e.g. stimulated Brillouin or Raman effects in an optical fibre
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
    • G02F1/3542—Multipass arrangements, i.e. arrangements to make light pass multiple times through the same element, e.g. using an enhancement cavity
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/353—Frequency conversion, i.e. wherein a light beam is generated with frequency components different from those of the incident light beams
    • G02F1/3544—Particular phase matching techniques
    • G02F1/3548—Quasi phase matching [QPM], e.g. using a periodic domain inverted structure
    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/35—Non-linear optics
    • G02F1/37—Non-linear optics for second-harmonic generation
    • 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
    • H01S2301/00—Functional characteristics
    • H01S2301/08—Generation of pulses with special temporal shape or frequency spectrum
    • H01S2301/085—Generation of pulses with special temporal shape or frequency spectrum solitons
    • 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
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H01S3/06708—Constructional details of the fibre, e.g. compositions, cross-section, shape or tapering
    • H01S3/06712—Polarising fibre; Polariser
    • 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
    • H01S3/05—Construction or shape of optical resonators; Accommodation of active medium therein; Shape of active medium
    • H01S3/06—Construction or shape of active medium
    • H01S3/063—Waveguide lasers, i.e. whereby the dimensions of the waveguide are of the order of the light wavelength
    • H01S3/067—Fibre lasers
    • H01S3/06754—Fibre amplifiers
    • H01S3/06758—Tandem 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
    • H01S3/14—Lasers, i.e. devices using stimulated emission of electromagnetic radiation in the infrared, visible or ultraviolet wave range characterised by the material used as the active medium
    • H01S3/16—Solid materials
    • H01S3/1601—Solid materials characterised by an active (lasing) ion
    • H01S3/1603—Solid materials characterised by an active (lasing) ion rare earth
    • 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

Abstract

Vorrichtung zur Erzeugung von optischen Hochleistungs-Impulsen, gekennzeichnet durch
eine optische Quelle (10) zur Erzeugung von Signallicht,
einen nichtlinearen Verstärker (11, 18; 81, 82; 90; 100) mit einer nichtlinearen Phasenverzögerung, der das durch die optische Quelle (10) erzeugte Signallicht empfängt, und
einen Frequenzwandler (20), der aus dem nichtlinearen Verstärker (11, 18; 81, 82; 90; 100) ausgegebene optische Impulse empfängt, wobei der Frequenzwandler (20) die optischen Hochleistungs-Impulse an dessen Ausgang erzeugt.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Erzeugung von Femtosekundenimpulsen mit hoher Leistung und insbesondere ein System, das einen Oszillator, einen Verstärker, einen Kompressor und einen Frequenzwandler zur Erzeugung von Femtosekundenimpulsen verwendet.
  • Techniken zur Erzeugung von kurzen und ultrakurzen optischen Impulsen bei Lichtwellenleitern sind bereits seit einigen Jahren bekannt und sind vor kurzem auf vielen Gebieten angewandt worden. Beispielsweise sind wie in der Clark erteilten US-5 530 582 offenbart und wie durch A. Hariharan u.a. in „Alexandrite-pumped alexandrite regenerative amplifier for femtosecond pulse amplification", „Optics Letters", Bd. 21, S. 128 (1996) berichtet ultrakurze optische Impulse als Injektionsquellen verwendet worden. Die Injektionseinkopplung ("injection seeding") von Hochleistungsverstärkern zieht wie durch Clark und Hariharan beschrieben wesentlich aus Impulswellenlängen Nutzen, die in dem Bereich unter 1,2 μm liegen. Ähnliche Einschränkungen gelten für viele andere derzeit verfolgte Anwendungen von ultrakurzen Impulsen, beispielsweise bei der THz-Erzeugung (wie durch W. Denk in „Two-photon excitation in functional biological imaging", „Journal of Biomedical Optics", Bd. 1, S. 296 (1996) berichtet) oder in der konfokalen Mikroskopie (wie durch van Exter u.a. in „ Terahertz time-domain spectroscopy of water vapor", „Optics Letters", Bd. 14, S. 1128 (1989) berichtet). Derartige Wellenlängen können durch Frequenzverdopplung der Impulse aus einem ultraschnellen Erbium-Lichtwellenleiteroszillator (wie durch Clark und L.E. Nelson u.a. in „Efficient frequency-doubling of a femtosecond fiber laser", „Optics Letters", Bd. 21, S. 1759 (1996) vorgeschlagen) erzeugt werden, d.h. einen Oszillator, der Impulse in der Größenordnung von 100 fs erzeugt, oder wahlweise von Lichtwellenleiter-Verstärkersystemen (wie durch Hariharan vorgeschlagen). Jedoch lehrt keine dieser Veröffentlichungen, daß der Wirkungsgrad der Frequenzverdopp lung durch eine Einschränkung der spektralen Akzeptanz- bzw. Toleranzbandbreite des Verdopplungskristalls optimiert werden kann.
  • Außerdem lehrt keine dieser Veröffentlichungen, daß eine hervorragende Leistungsfähigkeit auch durch Implementierung von Oszillator- bzw. Verstärkerentwürfen mit nichtlinearen Verstärkern oder durch Implementierung von Oszillator- bzw. Verstärkerentwürfen mit nichtlinearen Kompressoren erhalten werden kann.
  • Vor dem Impulsverstärker oder -kompressor verwendete Impulse müssen nicht von einem Lichtwellenleiteroszillator hergeleitet werden, wie in den vorstehend erwähnten Veröffentlichungen von Clark und Hariharan beschrieben wurde. Wahlweise können Impulse aus optischen Großeinrichtungen (siehe Islam u.a.: „Broad-bandwidths from frequency-shifting solitons in fibers", „Optics Letters", Bd. 14, S. 370 (1989)) oder Diodenlasern (siehe Galvanauskas u.a.: „Generation of femtosecond optical pulses with nanojoule energy from a diode laser and fiber based system", „Applied Physics Letters", Bd. 63, S. 1742 (1993) und Ong u.a.: „Subpicosecond soliton compression of gain-switched diode laser pulses using an erbiumdoped fiber amplifier", „IEEE Journal of Quantum Electronics", Bd. 29, S. 1701 (1993)) verwendet werden. Es sei bemerkt, daß die durch Clark und Hariharan offenbarten Systeme lineare Verstärker verwenden, und nicht vorgeschlagen wird, daß Impulse von einem nichtlinearen Verstärker hergeleitet werden. Außerdem verwenden die durch Islam, Galvanauskas und Ong offenbarten Systeme keine Frequenzverdopplung.
  • Darüber hinaus erfordert die Erzeugung der kürzestmöglichen Impulse mit Systemen nur mit Oszillatoren, wie die durch Clark, Nelson u.a. offenbarten, typischerweise komplizierte Hohlraum-Entwürfe mit relativ hohen optischen Verlusten, die deswegen nicht sehr effektiv bei der Erzeugung einer maximalen Ausgangsleistung für eine bestimmte Pumpleistung sind.
  • Die DE 195 10 432 A1 zeigt einen modenverkoppelten Faserlaser mit ultrakurzen Impulsen, die durch nicht-lineare Effekte erzeugt werden.
  • Hinsichtlich der Kompressionstechniken bei Systemen zur Erzeugung von ultrakurzen optischen Impulsen gibt es zwei Möglichkeiten: die Verwendung eines Lichtwellenleiters mit positiver Dispersion (der keine Solitonwelle gestattet), wie in der Kafka erteilten US-4 913 520 sowie durch Tamura u.a.: „Pulse compression using nonlinear pulse evolution with reduced optical wave breaking in erbium-doped fiber amplifiers with normal group-velocity dispersion", „Optics Letters", Vol. 21, Nr. 1, (1996), S. 68–70, offenbart; oder die Verwendung von Lichtwellenleitern mit negativer Dispersion (die eine Solitonwelle gestattet), wie durch Islam u.a. offenbart. Es wird auch auf „Peak Power Fluctuations in Optical Pulse Compression" von Kafka u.a., „IEEE Journal of Quantum Electronics", Bd. 24, S. 341 (1988) verwiesen. Obwohl Lichtwellenleiter mit positiver Dispersion im Prinzip für die Erzeugung von Impulsen von weniger als 10 fs verwendet werden können, erfordern derartige Lichtwellenleiter zusätzliche lineare Impulskompressoren, die einen Entwurf mit niedrigen Kosten verhindern. Auf gleiche Weise kann bei Kompressionstechniken mit einem Lichtwellenleiter mit positiver Dispersion der Ramaneffekt im allgemeinen nicht verwendet werden, da die Wirkungen der Ramanumwandlung nachteilig eingeschätzt werden (siehe Kafka).
  • Deswegen werden Impulskompressoren auf Grundlage von Lichtwellenleitern mit negativer Dispersion trotz der Tatsache bevorzugt, daß die erzeugte Impulsbreite typischerweise länger als 10 fs ist, da derartige Lichtwellenleiterkompressoren derart entworfen werden können, daß sie nicht auf externen linearen Impulskompressoren beruhen. Darüber hinaus können derartige Kompressoren derart entwickelt werden, daß sie aus der Raman-Eigenfrequenzverschiebung bei Lichtwellenleitern einen Vorteil ziehen, die dazu neigt, das Spektrum des komprimierten Impulses weiter zu verbreitern (siehe Islam u.a.).
  • Dies kann jedoch zu der Erzeugung eines Austastimpulses mit niedrigem Pegel in dem erwünschten komprimierten Impuls führen, was bei vielen Anwendungen von ultraschneller Optik ab träglich ist. Demgegenüber ist die Spektralentwicklung des Ramanimpulses nützlich, da sie ein bestimmtes Ausmaß an Abstimmbarkeit gestattet (siehe Islam u.a.). Derartige Impulskompressoren sind nachstehend als Soliton-Raman-Kompressoren (SRC) beschrieben.
  • Eine frühe Systemimplementierung eines Soliton-Raman-Kompressors bei einem Erbium-Lichtwellenleiter-Verstärker wurde durch K. Kurokawa u.a. in „Wavelength-dependent amplification characteristics of femtosecond erbium-doped optical fiber amplifiers", „Applied Physics Letters", Bd. 58, S. 2871 (1991) beschrieben. Jedoch erzeugte in dem darin offenbarten System ein Diodenlaser die „Einkopplungs"-Impulse für den Soliton-Raman-Verstärker.
  • Eine weitere Systemimplementierung eines Soliton-Raman-Kompressors bei einem Erbium-Lichtwellenleiter-Verstärker, die auf einem unpraktischen starken Lasersignal und Pumpquellen beruht, wurde durch I. Y. Kruschev u.a. in „Amplification of Femtosecond Pulses in Er3+-doped single-mode optical fibers", „Electronics Letters", Bd. 26, S. 456 (1990) berichtet.
  • Die erste Implementierung eines Soliton-Raman-Kompressors bei einem Erbiumverstärker unter Verwendung eines Lichtwellenleiter-Lasers als Einkopplung wurde durch Richardson u.a. in „Passive all-fiber source of 30 fs pulses", „Electronics Letters", Bd. 28, S. 778 (1992) und in „Amplificatin of femtosecond pulses in a passive all-fiber soliton source", „Optics Letters", Bd. 17, S. 1596 (1992) beschrieben. Jedoch implementieren die in den Veröffentlichungen durch Islam u.a., Galvanauskas u.a., Ong u.a., Kafka, Tamura u.a., Kurokawa u.a., Khrushchev u.a. und Richardson u.a. offenbarte Systeme keine Frequenzumwandlung unter Verwendung eines nichtlinearen Verstärkersystems zur Erzeugung einer frequenzverdoppelten Wellenlänge.
  • Außerdem sehen die in den Veröffentlichungen von Islam u.a., Galvanauskas u.a., Ong u.a., Tamura u.a., Kurokawa u.a., Khrushchev u.a. sowie Richardson u.a, keine Steuerung des Polarisationszustands des Soliton-Raman-Kompressors vor. Derzeit ziehen Soliton-Raman-Kompressoren einen Nutzen aus dem Ramaneffekt in Lichtwellenleitern, der wiederum von dem Pola risationszustand des Lichts in dem Lichtwellenleiter und der Lichtwellenleiter-Doppelbrechung abhängt, wie durch Menyak u.a. in „Raman effect in birefringent optical fibers", „Optics Letters", Bd. 16, S. 566 (1991) offenbart ist. Darüber hinaus kann eine nichtlineare Polarisationsentwicklung in hochgradig nichtlinearen Soliton-Raman-Kompressoren stattfinden, wie durch Fermann u.a. in „Optics Letters", Bd. 19, S. 43 (1994) berichtet wurde. Daher kann ein reproduzierbarer und stabiler Soliton-Raman-Kompressor ohne Polarisationssteuerung nicht aufgebaut werden.
  • Die in dem vorangehenden Abschnitt aufgeführten Veröffentlichungen lehren auch nicht, wie der Wirkungsgrad von Soliton-Raman-Kompressoren allgemein zu maximieren ist und wie die Impulsenergie der mit den Soliton-Raman-Kompressoren erzeugten – komprimierten Impulse zu maximieren ist. Da die mit unkritisch phasenangepaßten Verdopplungskristallen erhaltbare Verdopplungseffektivität wie periodisch gepolte LiNbO3 (PPLN) hauptsächlich von der Impulsenergie abhängt und nicht kritisch von der Impulsbreite abhängt, bei Verwendung von konfokaler Fokussierung, ist die Maximierung der Impulsenergie eindeutig ein kritischer Punkt.
  • In der vorstehenden Veröffentlichung von Richardson u.a. wurde vorgeschlagen, daß eine unbestimmte Steuerung der Modengröße eines Lichtwellenleiter-Oszillators und eines Lichtwellenleiter-Verstärkers zu der Erzeugung der kürzestmöglichen Impulse führen kann. Jedoch kann eine Maximierung der Impulsenergie von einem derartigen System tatsächlich eine höhere Leistung bei der frequenzverdoppelten Wellenlänge erzeugen.
  • Als Alternative zu Soliton-Raman-Kompressoren ist eine adiabatische Soliton-Verstärkung zur Impulskompression diskutiert worden (siehe E. M. Dianov u.a., „Optics Letters", Bd. 14, S. 1008 (1989)). Im allgemeinen erfordert der adiabatische Zustand, daß der Verstärkungskoeffizient α pro Solitonperiode wesentlich kleiner als 1 ist. In diesem Fall ist die Solitonperiode des Solitons mit Ld ≈ 0,5 |β2|/τ2 definiert, wobei τ die FWHM- (volle Breite, halbes Maximum) Impulsbreite des Solitons und β2 die Gruppengeschwindigkeitsdispersion des Lichtwellenleiters ist. Alternativ muß bei einer adiabatischen Soliton-Verstärkung das Aufbrechen der grundlegenden Solitonwelle mit N = 1 in eine Solitonwelle mit N = 2 verhindert werden. Da die Energie einer Solitonwelle mit N = 2 für dieselbe Impulsbreite viermal höher als das für eine Solitonwelle mit N = 1 ist, sollte die Verstärkung g pro Solitonperiode kleiner als ungefähr 2 sein. Infolgedessen müssen typischerweise Verstärkerlängen von einigen 10m bis zu mehreren km Länge verwendet werden, was nicht praktisch ist. Auf gleiche Weise kann wegen nichtlinearer Effekte höherer Ordnung in dem Lichtwellenleiter die Impulsenergie nach derart langen Lichtwellenleiterlängen verglichen mit dem, was mit kurzen Verstärkern möglich ist, geringer sein.
  • Als weitere Alternative zu Soliton-Raman-Kompressoren können Femtosekunden-Impulse durch Chirpimpuls-Verstärkung (CPA) bei Lichtwellenleitern verstärkt werden, wie durch Minelly u.a. in „Optics Letters", Bd. 20, S. 1797 (1995) und in der Galvanauskas u.a. erteilten US-5 499 134 offenbart ist. Jedoch wird typischerweise so keine Impulsverkürzung, sondern eher eine Impulsverbreiterung wegen der begrenzten Bandbreite des Verstärkungsmediums und der zur Impulskomprimierung und Impulsdehnung verwendeten Gitter erhalten. Daher sind derartige Systeme weniger nützlich, solange die Impulsenergie ungefähr wenige nJ erreicht.
  • In dem durch Minelly u.a. beschriebenen System wurde ein Doppelmantel-Lichtwellenleiter, d.h. ein Lichtwellenleiter mit einem Doppelstufen-Beugungsindexprofil als Lichtwellenleiter implementiert. Daher wurde ein Mantelpumpen (wie in der Kafka erteilten US-4 829 529 offenbart) zur Abgabe des Pumplichts in den Lichtwellenleiter-Verstärker implementiert. Wie in der Veröffentlichung durch Minelly u.a. gelehrt kann die Modengröße der einzelne Grundmode in derartigen Lichtwellenleitern erhöht werden, während gleichzeitig eine hohe Konzentration des Dotierstoff-Lösungsmittels (Al2O3 bei Minelly u.a.) beibehalteyn wird, das den Index erhöht. Wiederum kann eine hohe Konzentration eines Dotierstoff-Lösungsmittels die Lösbarkeit eines Dotierstoffs (Er3+ bei Minelly u.a.) erhöhen, was zu einem hohen Quantenwirkungsgrad für einen derartigen Verstärker führen kann.
  • Jedoch lehren Minelly u.a. nicht, daß das Leistungsvermögen derartiger Lichtwellenleiter zur Femtosekundenimpuls-Verstärkung durch Richten des Pumplichts direkt in den Kern optimiert werden kann, anstelle ein Mantelpumpen zu implementieren.
  • Als Alternative zur Chirpimpuls-Verstärkung kann auch eine lineare Verstärkung kurzer optischer Impulse in Betracht gezogen werden. Ob ein Verstärker als linear oder nichtlinear betrachtet werden kann, hängt von der durch den Verstärker verursachten nichtlinearen Phasenverzögerung Φn1 ab. Nimmt man einen linearen Anstieg der Impulsenergie mit der Lichtwellenleiterlänge bei einem gesättigten Verstärker und eine Verstärkungsrate von wesentlich mehr als dem adiabatischen Zustand an, ist die nichtlineare Phasenverzögerung Φn1 eines Impulses bei einem Verstärker der Länge L ungefähr gegeben durch
    Figure 00080001
    wobei n2 der nichtlineare Brechungsindex, n2 = 3,2 × 10–20W–1 für Siliziumglas, A die Kernfläche, λ die Signalwellenlänge und τ die Impulsbreite ist. In diesem Fall wurde eine dispersionsfreie Verstärkung mit einer Stufe angenommen; für eine Verstärkung mit zwei Stufen wird L/2 durch L ersetzt. Her kömmliche Laserverstärker sind typischerweise derart entwikkelt, daß sie eine gute Impulsqualität bei einer Signalwellenlänge erzeugen, was eine Entwicklung für einen Verstärker mit Φn1 < 5 impliziert.
  • Es sei bemerkt, daß das Problem der Polarisationssteuerung bei einem Nichtpolarisation erhaltenden Lichtwellenleiter durch Implementation von Faraday-Rotationsspiegeln (FRMs) minimiert werden kann. Vorangegangene Verwendungen von Faraday-Rotationsspiegeln waren tatsächlich jedoch auf lineare Lichtwellenlaserverstärker beschränkt, wie in der Duling u.a. erteilten US-5 303 314 offenbart, oder nur auf ultraschnelle Femtosekunden-Lichtwellenleiterlaser, wie in der vorstehend erwähnten Veröffentlichung durch Fermann u.a. offenbart.
  • Auf sämtliche der vorstehend erwähnten Artikel und Patentschriften sei hiermit zur Bezugnahme verwiesen.
    •
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, kurze optische Impulse mit einer Signalwellenlänge (SW) in kurze optische Impulse mit einer frequenzverdoppelten Wellenlänge (FDW) umzuwandeln. Erfindungsgemäß weist ein System einen Kurzimpuls-Oszillator, einen Verstärker, einen Kompressor und einen Frequenzwandler auf, wobei der Verstärker und der Kompressor hochgradig nichtlinear sein und der Vorgang der Verstärkung und Kompression in einer optischen Einheit kombiniert werden können. Die Implementation eines Frequenzwandlungsvorgangs gestattet die Verwendung von sehr hochgradig nichtlinearen Verstärkern oder Kompressoren mit einer Signalwellenlänge (SW) ohne Eingehen von Kompromissen hinsichtlich der Impulsqualität bei einer frequenzverdoppelten Wellenlänge (FDW).
  • Die Entwicklung des Oszillators, des Verstärkers sowie des Kompressors kann hinsichtlich der Energie effektiver als Entwicklungen nur mit grundlegenden Oszillatoren sein, da die Erzeugung der kürzestmöglichen Impulse aus Oszillatoren typischerweise komplizierte Hohlraum-Entwürfe mit relativ hohen optischen Verlusten beinhaltet, die daher nicht sehr effektiv bei der Erzeugung einer maximal möglichen Ausgangsleistung für eine bestimmte Pumpleistung sind. Darüber hinaus gestattet die Implementation eines nichtlinearen Verstärker-/Impulskompressors die Verwendung von Oszillator-Einkopplungsimpulsen mit bedeutend längeren Impulsbreiten als bei Techniken nur mit Oszillatoren zum Erhalt einer schließlich bestimmten ultrakurzen Impulsbreite. Dies gestattet wiederum eine Vereinfachung des Oszillatorentwurfs und führt zu einer wesentlichen Kostensenkung für das System.
  • Eine besondere Systemimplementierung weist einen Kurzimpuls-Lichtwellenleiter-Laseroszillator, einen Lichtwellenleiter-Verstärker, einen Soliton-Raman-Kompressor (SRC) und einen nichtlinearen Kristall (NC) auf, wobei eine nichtlineare Frequenzumwandlung hauptsächlich bei dem nichtlinearen Kristall auftritt. Durch einen umsichtigen Entwurf des Soliton-Raman-Kompressors und eine geeignete Wahl des nichtlinearen Kristalls wird der Wirkungsgrad des Umwandlungsvorgangs maximiert, und die fast bandbreitenbegrenzten Impulse bei der frequenzverdoppelten Wellenlänge werden selbst mit Impulsen niedriger Qualität bei der Signalwellenlänge erzeugt.
  • Der Soliton-Raman-Kompressor wird durch Steuerung dessen Polarisationszustand und dessen Dispersionseigenschaften durch Verwendung von Lichtwellenleitern mit großen Modenwerten und durch Steuerung des Werts der Raman-Verschiebung bei dem Verstärker optimiert.
  • Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird der Lichtwellenleiter-Verstärker mit dem Soliton-Raman-Kompressor kombiniert, wobei der Wirkungsgrad des Verstärkers durch Implementierung von Lichtwellenleitern mit Doppelstufenprofilen des Brechungsindexes optimiert werden kann. Langzeitverschiebungen des Polarisationszustands werden durch Verwendung eines Faraday-Rotationsspiegels (FRM) in Verbindung mit einem Verstärker und einem Soliton-Raman-Kompressor vermieden. Alternativ kann die Verwendung eines polarisationserhaltenden, erbiumdotierten Lichtwellenleiters für den Verstärker und den Soliton-Raman-Kompressor verwendet werden.
  • Erfindungsgemäß wird demonstriert, daß eine Frequenzumwandlung hauptsächlich nicht nur für den komprimierten Teil der aus dem Soliton-Raman-Kompressor austretenden Impulse implementiert werden kann, wohingegen der unkomprimierte Impulsteil in dem nichtlinearen Frequenzumwandlungsvorgang unterdrückt werden kann. Außerdem kann durch Auswahl eines nichtlinearen Vorgangs mit einer Akzeptanzbandbreite, die kleiner als die Bandbreite der aus dem Soliton-Raman-Kompressor austretenden Impulse ist, der Wirkungsgrad der nichtlinearen Frequenzumwandlung optimiert werden.
  • Gemäß einer anderen Ausgestaltung der Erfindung gestattet die Raman-Verschiebung bei dem Soliton-Raman-Kompressor und der Implementierung eines nichtlinearen Frequenzumwandlungsvorgangs eine beschränkte Abstimmbarkeit der frequenzverdoppelten Wellenlänge.
  • Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird Pumplicht direkt in den Lichtwellenleiterkern eines Doppelmantel-Lichtwellenleiters gepumpt, damit ein Vorteil aus der Tatsache gezogen werden kann, daß die Pumpabsorption in dem Lichtwellenleiterkern höher als die Absorption in dem Mantel um einen Faktor ist, der proportional zu dem Verhältnis (Fläche des Innenmantels)/(Kernfläche) ist. Diese Anordnung gestattet die Verwendung von kürzeren Verstärker-Lichtwellenleitern als dies mit Mantelpumpen möglich ist, was wiederum die Nichtlinearität des Verstärkers zur Verstärkung von Femtosekundenimpulsen minimiert.
  • Schließlich kann bei Anpassung an konfokale Mikroskopieanwendungen das Leistungsvermögen einer erfindungsgemäßen Impulsquellen-/Lichtwellenleiter-Verstärker-/Frequenzwandleranordnung durch Auswahl von fast bandbreitenbegrenzten Impulsquellen optimiert werden, die relativ lange Impulse erzeugen, damit eine fast lineare Verstärkung bei dem Lichtwellenleiter-Verstärker gestattet wird.
    •
  • Die Erfindung wird nachstehend anhand der bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:
  • 1 eine Doppelstufenkonfiguration der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • 2 das Beugungsindexprofil des Verstärkers gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel,
  • 3 eine interferometrische Autokorrelation der frequenzverdoppelten, optischen Impulse gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 4 die Spektra der aus dem Soliton-Raman-Kompressor bei unterschiedlichen Temperaturen des PPLN austretenden Impulse gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
  • 5 die abgesenkte Spektralbreite bei dem Oszillator und bei dem Verstärker wegen der Eigenphasenmodulation bei dem Verstärker, wenn die Pumpleistung verringert ist,
  • 6 eine Einzelstufenkonfiguration der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
  • 7 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, bei dem Gegenrichtungspumpen verwendet wird,
  • 8 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, bei dem ein Lichtwellenleiter-Verstärker zwei Dotierpegel und einen undotierten Lichtwellenleiterabschnitt aufweist,
  • 9 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, bei dem ein Doppelmantel-Verstärker-Lichtwellenleiter verwendet wird,
  • 10 ein erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel, bei dem ein Multimoden-Lichtwellenleiter-Verstärker verwendet wird,
  • 11 ein Blockschaltbild der Erfindung,
  • 12 ein Blockschaltbild der Erfindung, bei dem ein linearer Verstärker und ein nichtlinearer Kompressor verwendet werden, und
  • 13 ein anderes Blockschaltbild der Erfindung.
  • Lediglich beispielhaft werden nachstehend drei bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben. Das Ziel des Systems gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel besteht darin, die durchschnittliche Leistung bei der frequenzverdoppelten Wellenlänge (FDW) ohne Eingehen von Kompromissen hinsichtlich der Impulsbreite zu maximieren. Das Ziel des Systems gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel besteht darin, die durchschnittliche Leistung bei der frequenzverdoppelten Wellenlänge insbesondere zur Optimierung des Wirkungsgrades zur Verwendung der frequenzverdoppelten Wellenlänge bei konfokaler Mikroskopie zu maximieren. Das Ziel des Systems gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel besteht darin, die erforderliche Pumpleistung für den Lichtwellenleiter-Verstärker des Systems zu minimieren.
  • 1 stellt die Konfiguration eines Hochleistungs-Femtosekunden-Impulserzeugungssystems gemäß einem ersten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel dar. Gemäß 1 erzeugt ein Lichtwellenleiteroszillator 10 Einkopplungsimpulse. Der Lichtwellenleiteroszillator 10 kann beispielsweise ein in der Umgebung stabiler Erbium-Lichtwellenleiter sein, der bei einer Wellenlänge von 1,5 μm arbeitet. Ein derartiger Lichtwellenleiteroszillator wurde in der vorstehend erwähnten Veröffentlichung von Fermann u.a. offenbart. Der Lichtwellenleiteroszillator 10 kann bandbreitenbegrenzte Impulse von 300 fs mit einer Wiederholungsrate von 50 MHz mit einer einstellba ren durchschnittlichen Ausgangsleistung von 1 bis 5 mW erzeugen. Vorzugsweise sind die Impulse linear polarisiert.
  • Es sei bemerkt, daß die Einkopplungsimpulse nicht von einem Lichtwellenleiteroszillator erzeugt werden müssen; alternativ können Impulse aus optischen Großeinrichtungen oder Diodenlasern verwendet werden. Aus der Perspektive der Kosten sind Impulse entweder aus einem Diodenlaser oder aus einem Lichtwellenleiterlaser-Oszillator vorzuziehen. Im allgemeinen wird erwartet, daß ein Lichtwellenleiteroszillator sauberere und kürzere Impulse erzeugt, was dafür vorteilhaft ist, damit eine effektivere nichtlineare Impulskompression stattfindet. Da die Anwendung von ultraschnellen Impulsen soviel Impulsleistung wie möglich hinsichtlich eines optischen Entwurfs erfordert, der leicht herzustellen ist, kann die Verwendung von Verstärkern auch sehr effektiv sein, die den Vorgang der Impulsverstärkung und der Impulskomprimierung kombinieren.
  • Bei dem System gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel werden Impulse mit einer durchschnittlichen Leistung von 2 mW in einen Soliton-Raman-Kompressor (SRC)-Erbium-Lichtwellenleiter-Verstärker 11 über einen Isolator 12 für das Signallicht bei 1,5 μm, einen darauffolgenden Polarisations-Strahlenteiler 13 sowie zwei Wellenplatten 14 und 15 eingekoppelt, die hinter dem Polarisations-Strahlenteiler 13 zur Einstellung des Polarisationszustands des in den Verstärker-Lichtwellenleiter 11 eingegebenen Signallichts eingesetzt werden. Die (links des Polarisations-Strahlenteilers 13 in 1 gezeigte) Wellenplatte 21 optimiert den Durchsatz zu dem Polarisations-Strahlenteilers 13, die Wellenplatte 22 optimiert den Polarisationszustand in den (nachstehend beschriebenen) PPLN 20, und ein Linsensystem 23 koppelt das Signallicht in den Verstärker-Lichtwellenleiter 11. Der gesamte Einkopplungs-Wirkungsgrad von dem Oszillator 10 zu dem Verstärker-Lichtwellenleiter 11 wird durch den geeigneten Einsatz von modenangepaßten Linsen gesteuert, und ein Wirkungsgrad von 70 % oder mehr (bis zu 100 %) kann erreicht werden.
  • Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel behält der Verstärker-Lichtwellenleiter 11 die Nichtpolarisation bei und weist einen Er3+-Dotierpegel von 0,1 Molekülprozent und ein Doppelstufenprofil des Beugungsindexes auf. Das Beugungsindexprofil des Verstärker-Lichtwellenleiters 11 ist in 2 abgebildet. Der innere Kern weist eine numerische Apertur (NA) 0,12 und einen Durchmesser von ungefähr 8 μm auf. Der äußere Kern weist einen Durchmesser von ungefähr 25 μm und eine numerische Apertur von 0,18 auf. Es sei bemerkt, daß das Pumplicht direkt in den inneren Kern des Verstärker-Lichtwellenleiters 11 gerichtet werden kann. Der Verstärker-Lichtwellenleiter 11 wird durch eine Pumpe 16 bei 1,48 μm über einen Wellenlängenmultiplex- (WDM-) Koppler 17 gepumpt, wobei das Pumplicht über einen Breitbandisolator geleitet wird, damit ein Verlust des Hochleistungs-Signallichts bei 1,5 μm verhindert wird. Nach dem WDM-Koppler 17 wird eine Pumpleistung von 100 mW in den Verstärker-Lichtwellenleiter 11 gekoppelt. Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beträgt die Länge des Verstärker-Lichtwellenleiters 11 ungefähr 2,5 m; die gesamte Länge des zur Signallichtausbreitung verwendeten WDM-Lichtwellenleiters ist auf 0,50 m begrenzt. Obwohl 1 einen dispersionskompensierenden Lichtwellenleiter 18 darstellt, der nachstehend näher beschrieben wird, muß das System gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel keinen dispersionskompensierenden Lichtwellenleiter verwenden.
  • Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Verstärker-Lichtwellenleiter 11 um einen Er3+-dotierten Lichtwellenleiter. Der Verstärker-Lichtwellenleiter 11 kann jedoch irgendein mit ErYb+, Pr, Tm, Ho dotierter Lichtwellenleiter oder ein mit seltenen Erden dotierter Lichtwellenleiter sein, der mit einem geeigneten Oszillator kombiniert ist. Außerdem dient der Verstärker-Lichtwellenleiter 11 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel auch als der Soliton-Raman-Kompressor; jedoch können der Verstärker und der Soliton-Raman-Kompressor getrennte Komponenten sein.
  • Gemäß 1 kann ein Doppelstufenaufbau zur Signallichtverstärkung verwendet werden. Bei dem Doppelstufenaufbau ist es vorteilhaft, einen Faraday-Rotationsspiegel (FRM) 19 an einem Ende des Verstärker-Lichtwellenleiters 11 zu implementieren. Der Polarisationszustand des Lichts an dem Ausgang des Verstärker-Lichtwellenleiters 11 ist dann senkrecht zu dem Polarisationszustand bei dem Eingang, weshalb der vorstehend erwähnte Polarisations-Strahlenteiler 13 für nahezu 100 % Wirkungsgrad der Ausgangskopplung des verstärkten Lichts aus dem System verwendet werden kann. Obwohl ein Faraday-Rotationsspiegel in 1 abgebildet ist, kann jede Lichtwellenleiter-Polarisations-Steuereinrichtung oder eine λ/4-Wellenplatte verwendet werden.
  • Es sei bemerkt, daß selbst bei dem Vorhandensein der erwünschten nichtlinearen Frequenzverschiebung bei dem Verstärker-Lichtwellenleiter 11 die Einstellungen der beiden Wellenplatten 14 und 15 bei dem Eingang des Verstärker-Lichtwellenleiters 11 eine sehr effektive Ausgangskopplung des verstärkten Lichts gestatten. Außerdem gestattet eine Einstellung der Wellenplatten 14 und 15 eine Optimierung des Soliton-Raman-Kompressors durch Steuerung des Polarisationszustands in dem Lichtwellenleiter und durch Steuerung einer nichtlinearen Polarisationsentwicklung in dem Verstärker-Lichtwellenleiter 11.
  • In mit dem System gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel durchgeführten Untersuchungen wurde hinter der doppelten Stufe des Verstärker-Lichtwellenleiters 11 eine durchschnittliche Ausgangsleistung von 30 mW (Impulsenergie von 600 pJ) gemessen. Bei Ersetzen der Einkopplungs-Signalimpulse mit einem CW – (Continuous Wave-) Signal mit demselben durchschnittlichen Signalpegel wurde eine durchschnittliche Leistung von bis zu 37 mW aus dem Verstärker-Lichtwellenleiter 11 entnommen. Der Energieverlust von 20 % bei gepulster Verstärkung entsteht aus der Raman-Verschiebung der verstärkten Impulse bei der Signalwellenlänge (SW). Gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel beträgt die Raman-Verschiebung 20 nm, was die Signalimpulse außerhalb der Verstärkungsbandbreite von Erbium verschiebt. Darüber hinaus können optische Verluste wegen der begrenzten Bandbreite der optische Elemente (WDM-Koppler usw.) verursacht werden, was durch die verstärkten Impulse begegnet wird.
  • Gemäß 1 werden die verstärkten und komprimierten Impulse auf einer Länge von 0,8 mm von periodisch gepolten LiNbO3 (PPLN) 20 frequenzverdoppelt, wobei eine konfokale Fokussierung verwendet wird. Gemäß diesem Beispiel ist der PPLN 20 nicht mit AR beschichtet. Die Polungsperiode des PPLN wird auf 19,25 μm eingestellt, was mit dem Maximum des Spektrums des komprimierten Impulses aus dem Soliton-Raman-Kompressor ungefähr übereinstimmend gewählt wird. Die Erwärmung des PPLN 20 auf Temperaturen zwischen 50°C bis 150°C kann zur Feinabstimmung der optimalen Frequenzverdopplungswellenlängen sowie zur Verhinderung eines photorefraktiven Schadens bei dem PPLN 20 verwendet werden. Die Länge des PPLN wird zur Erzeugung einer Frequenzverdopplungsbandbreite einer Größe gewählt, die vergleichbar mit oder kleiner als die Bandbreite der komprimierten Impulse aus dem Soliton-Raman-Kompressor ist. Es sei jedoch bemerkt, daß die spektrale Akzeptanzbandbreite des PPLN bei der Signalwellenlänge viel kleiner als der Wert des Spektrums bei der Signalwellenlänge ohne eine Strafe hinsichtlich des gesamten Verdopplungswirkungsgrades sein kann. Der PPLN wandelt die Frequenz selbst eines Signalwellenlängen-Spektrums außerhalb dessen Nenn-Akzeptanzbandbreite effektiv um. Dies ist auf einen nichtlinearen Vorgang zurückzuführen, der ähnlich zu einer Summenfrequenzerzeugung ist, die wie nachstehend beschrieben bei dem PPLN auftritt. Dies steht im Widerspruch zu einem Frequenzwandlerentwurf, wie er in der vorstehend erwähnten Veröffentlichung von Nelson u.a. beschrieben ist, der keine Punkte erwähnt, die auf die endliche Akzeptanzbandbreite eines Frequenzwandlerkristalls bezogen sind.
  • Die frequenzverdoppelten Impulse weisen eine Wellenlänge von 790 nm, eine durchschnittliche Leistung von 6,3 mW, eine Impulsbreite von 120 fs und ein Zeit-Bandbreite-Produkt von 0,66 auf, wenn man eine Gaußförmige Impulsform annimmt. Daher liegen die sich ergebenden Impulse innerhalb eines Faktors von 50 % der Bandbreitengrenze. Eine interferometrische Autokorrelation der Impulse ist in 3 abgebildet, die die gute Qualität der Impulse veranschaulicht. Es sei bemerkt, daß durch Veränderung des Polarisationszustands vor dem Verstärker-Lichtwellenleiter 11 des Soliton-Raman-Kompressors eine Veränderung der gemessenen, frequenzverdoppelten Leistung zwischen 0,1 und 6,3 mW beobachtet wird, was das Erfordernis der Polarisationssteuerung bei diesem hochgradig nichtlinearen Verstärker veranschaulicht.
  • Der sich ergebende Umwandlungs-Wirkungsgrad von Pumplicht zu Femtosekundenimpulsen bei der frequenzverdoppelten Wellenlänge beträgt daher 6,3 %. Demgegenüber beträgt der Umwandlungs-Wirkungsgrad von Signallicht zu frequenzverdoppeltem Licht 21 % Daher weist der Soliton-Raman-Kompressor einen Kompressions-Wirkungsgrad von ungefähr 60 % auf, was sehr vorteilhaft mit Ergebnissen verglichen werden kann, die mit Lichtwellenleiter-Kompressoren mit positiver Dispersion erreichbar sind, wie diejenigen, die in der vorstehend erwähnten US-4 913 520 offenbart sind.
  • Diese Untersuchungsergebnisse wurden durch Implementierung eines Verstärkers mit einem großen Kerndurchmesser zur Maximierung der Energie der aus dem Soliton-Raman-Kompressor austretenden, komprimierten Impulse erhalten. Für einen Impuls mit einer festgelegten Breite τ steigt die Solitonenergie W proportional zu der Lichtwellenleiter-Kernfläche A und der Lichtwellenleiterdispersion β2. Da der Soliton-Raman-Kompressor einen solitonähnlichen Impuls erzeugt, gestattet eine Maximierung der Kernfläche eine Maximierung der erzeugten Soliton-Impulsenergie aus dem Soliton-Raman-Kompressor. Außerdem minimiert ein großer Kerndurchmesser auch die Lichtwel lenleiter-Wellenleiter-Dispersion, was wiederum die totale Lichtwellenleiterdispersion β2 maximiert. Obwohl das letztere lediglich ein Sekundäreffekt ist, erhöht es weiter die Impulsenergie.
  • Es sei bemerkt, daß das Signal hinter der Doppelstufe des Verstärker-Lichtwellenleiters 11 tatsächlich kleiner als nach einer einzelnen Stufe ist. Abgesehen von durch den großen Wert der Raman-Verschiebung verursachten Energieverluste, die in dem Verstärker-Lichtwellenleiter 11 auftreten, hat der Verstärker-Lichtwellenleiter 11 auch eine Überlänge, d.h, das meiste des Pumplichts wird zu der Zeit absorbiert, zu der es das Einkopplungsende des Verstärker-Lichtwellenleiters 11 erreicht. Daher ist der Verstärker an diesem Ende nicht vollständig invertiert, und es tritt ein Signalverlust bei der Signalwellenlänge auf.
  • Nachstehend wird das zweite Ausführungsbeispiel der Erfindung beschrieben. Die Entwicklungskriterien für das System gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel werden hauptsächlich zum Erfüllen der Erfordernisse eines konfokalen Zweiphoton-Abbildungssystems ausgewählt. Es sei angenommen, daß die frequenzverdoppelte Wellenlänge (ungefähr 800 nm gemäß diesen Beispielen) als Quelle für die Zweiphoton-Erregung verwendet wird. Es kann gezeigt werden, daß die Anzahl von durch die Zweiphoton-Erregung für einen festgelegten Strahldurchmesser erzeugten Photonen M proportional ist zu:
    Figure 00190001
    wobei const eine Konstante, P, f, τ die durchschnittliche Leistung, die Wiederholungsrate und die FWHM-Impulsbreite der Erregerquelle sind. Gemäß Gleichung 2 ist es eindeutig wichtiger, die durchschnittliche Leistung zu erhöhen, als die Impulsbreite für eine effektive, konfokale Zweiphoton-Abbildung zu verringern. Es sei jedoch bemerkt, daß bei tatsächlichen biologischen Systemen sowohl Schadens-Schwellwerte als auch Photobleichbetrachtungen der auf Impulsleistung, -energie und -breite bezogenen biologischen Proben bestehen können, die durch Gleichung (2) nicht berücksichtigt sind. Bei der Beschreibung des zweiten Ausführungsbeispiels wird die Maximierung der durchschnittlichen Leistung bei der frequenzverdoppelten Wellenlänge jedoch ohne Berücksichtigung des Schadens oder von Photobleichpunkten beschrieben.
  • Die in 1 dargestellte Anordnung kann auch auf das zweite Ausführungsbeispiel angewandt werden. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel darin, daß eine Oszillatorleistung von 4 mW verwendet wird. Der Verstärker-Lichtwellenleiter 11 ist ähnlich wie der gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel; jedoch ist die numerische Apertur des inneren Kerns auf ungefähr NA = 0,10 abgesenkt und die Größe des inneren Kerns auf ungefähr 10 μm erhöht. Außerdem ist der Er-Dotierpegel um ungefähr 25 % auf ungefähr 750 ppm verringert. Die Länge des Verstärker-Lichtwellenleiters 11 beträgt 2,6 m und wird derart ausgewählt, daß sie die höchste Durchschnittsleistung für einen linearen Betrieb des Verstärkers erzeugt (d.h. durch Verwendung eines CW-Signals von 4 mW als Einkopplung). Die Länge des PPLN 20 wird auf 1,2 mm erhöht, damit die Länge der Impulse bei der frequenzverdoppelten Wellenlänge erhöht wird; die Periode des PPLN 20 wird auf 18,75 μm verringert, damit eine effektive Frequenzverdopplung bei 1,56 μm gestattet wird. In mit dem System gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel durchgeführten Untersuchungen erzeugte eine Doppelstufe der Einkopplungsimpulse über den Verstärker-Lichtwellenleiter 11 54 mW bei der Signalwellenlänge, wohingegen eine Doppelstufe eines CW-Signals eine Leistung von 57 mW bei der Signalwellenlänge erzeugte, d.h. ein Signalverlust von lediglich 5 % wurde durch den nichtlinearen Betrieb des Verstärkers verursacht. Es wurde herausgefunden, daß das Spektrum der aus den Soliton-Raman-Kompressor austretenden Impulse in der Mitte bei 1,56 μm (wie in 4 dargestellt) lag. Es wurde heraus gefunden, daß die Impulse bei der frequenzverdoppelten Wellenlänge eine Wellenlänge von ungefähr 780 nm, eine durchschnittliche Leistung von 12 mW, eine Impulsbreite von 190 fs mit einer Spektralbreite innerhalb von 50 % der Bandbreitengrenze aufweisen. Eine Veränderung der Polarisation vor dem Soliton-Raman-Kompressor-Verstärker-Lichtwellenleiter 11 erzeugte eine Veränderung der Leistung bei der frequenzverdoppelten Wellenlänge zwischen 7 bis 12 mW. Der sich ergebende Umwandlungs-Wirkungsgrad bei der frequenzverdoppelten Wellenlänge beträgt 22 %, was Reflexionsverluste berücksichtigt, und der Umwandlungs-Wirkungsgrad steigt auf 29 %. Verglichen mit dem System gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel wird die Anzahl von Photonen M um einen Faktor von 2,2 erhöht.
  • Die hohe Leistung bei der frequenzverdoppelten Wellenlänge gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist ein Ergebnis der Optimierung des linearen Verstärker-Wirkungsgrads und der Beschränkung der Raman-Verschiebung der Impulse auf Wellenlängen in der Nähe der Wellenlänge der Oszillatorimpulse (innerhalb ungefähr 10 nm gemäß diesem Beispiel). Dies steht im Gegensatz zu dem durch Richardson u.a. in „Amplification of femtosecond pulses in a passive all-fiber soliton source" (vorstehend diskutierten) berichteten System, in dem eine Raman-Verschiebung von 30 nm verwendet wurde. Die Impulsbreite des Raman-Solitons gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist eindeutig länger als diejenige gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Tatsächlich kann wegen der verringerten Nichtlinearität des Verstärkers das Raman-Soliton nicht vollständig entwickelt werden, und eine Impulskompression kann wegen eines großen Umfangs einer Soliton-Kompression von höherer Ordnung entstehen. Wegen der relativen Unempfindlichkeit von M auf die Impulsbreite erzeugt jedoch das System gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ein höheres M als für das erste Ausführungsbeispiel.
  • Der gemäß den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen erhaltene hohe Frequenzumwandlungs-Wirkungsgrad ist auch auf die Ausbeutung eines allgemeineren Frequenzumwandlungsvorgangs als nur Frequenzverdopplung zurückzuführen. Zur Verifikation des Vorhandenseins eines derartigen nichtlinearen Frequenzumwandlungsvorgangs wurde die Temperatur des PPLN 20 verändert, während die Spektra bei der Signalwellenlänge und bei der frequenzverdoppelten Wellenlänge gemessen wurden. Die Ergebnisse sind in 4 abgebildet. Es sei bemerkt, daß wegen des Vorhandenseins einer Soliton-Kompression mit höherer Ordnung das Spektrum bei der Signalwellenlänge in zwei Teile mit einer Verarmung in der Mitte des Spektrums aufgeteilt wird, was dem Ort des Spektrums des injizierten Oszillatorimpulses entspricht. Bei T = 162°C wird eine Frequenzumwandlung hauptsächlich bei der ramanverschobenen Wellenlänge erhalten; bei T = 100°C wird eine Frequenzumwandlung bei dem Verarmungspunkt erhalten, wohingegen bei T = 25°C eine Frequenzumwandlung hauptsächlich an dem blauen Ende des Signalwellenlängen-Spektrums erhalten wird. Es wurde beobachtet, daß der Umwandlungs-Wirkungsgrad bei einer frequenzverdoppelten Wellenlänge an dem Verarmungspunkt am höchsten ist, was eindeutig nicht allein mit einer einfachen Erzeugung einer zweiten Harmonischen erklärt werden kann. Eher erzeugt ein Vorgang wie eine Summenfrequenzerzeugung die frequenzverdoppelte Wellenlänge. Jedoch ist derzeit der genaue physikalische Ursprung dieses Phänomens nicht bekannt. Einige mögliche Erklärungen sind: die Resonanznatur des Frequenzverdopplungsvorgangs bei der PPLN, Effekte wegen des Impulschirps, Effekte wegen der kaskadierten Nichtlinearitäten zweiter Ordnung in dem Kristall oder gerade Effekte wegen des Imaginärteils der Nichtlinearität zweiter oder dritter Ordnung des PPLN 20 oder eine Wechselwirkung zwischen Nichtlinearitäten höherer Ordnung in dem PPLN 20. Nachstehend wird auf diesen nichtlinearen Vorgang einfach als summenfrequenzerzeugungsähnliche Frequenzumwandlung (SLF) bezug genommen.
  • Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel wurde experimentell beobachtet, daß die summenfrequenzerzeugungsähnliche Frequenzumwandlung die Verwendung eines nichtlinearen Kristalls (NC) mit einer Verdopplungsbandbreite gestattet, die wesentlich kleiner als die Bandbreite des Soliton-Raman-Kompressors ohne einen Kompromiß hinsichtlich des Umwandlungs-Wirkungsgrades bei einer Frequenzverdopplungswellenlänge ist. Dies ist nützlich, da es die Steuerung der Impulsbreite der Impulse der Frequenzverdopplungswellenlänge ohne einen Kompromiß hinsichtlich der Leistung bei der Frequenzverdopplungswellenlänge gestattet. Mit anderen Worten kann der nichtlineare Kristall die Leistung bei der Signalwellenlänge effektiv in eine Frequenzverdopplungswellenlänge durch Entnahme von Energie aus dem größten Teil des Spektrums bei den Impulsen bei der Signalwellenlänge (d.h. aus einem Spektrum, das größer als die spektrale Akzeptanzbandbreite des nichtlinearen Kristalls ist); daher können Impulse bei der Signalwellenlänge von relativ schlechter Qualität zur effektiven Frequenzumwandlung verwendet werden. Dies ist ein wertvolles Merkmal für die Entwicklung jeder Verstärker-/Frequenzwandleranordnung, da dieses Merkmal eine effektive Frequenzumwandlung nicht nur bei einer einzelnen Signalwellenlänge, sondern in einem innerhalb des gesamten Spektralbereichs der Signalwellenlänge gemäß 4 abstimmbaren Wellenlängenbereich ermöglicht.
  • Es ist aufschlußreich, die Nichtlinearität des vorstehend beschriebenen Verstärkers unter Verwendung von Gleichung (1) zu berechnen. Für eine eingegebene Impulsbreite τ von 300 fs und eine Impulsenergie von E = 1,2 nJ wird Φn1 = 16,6 erhalten. Daher können selbst hochgradig nichtlineare Verstärker (Kompressoren) Impulse mit sehr hoher Qualität erzeugen, sobald eine frequenzverdoppelte Wellenlänge verwendet wird. Dieses Prinzip wurde durch die vorstehend erwähnten Veröffentlichungen von Clark und Nelson u.a. nicht vorgeschlagen.
  • Außerdem ist es aufschlußreich, das Leistungsvermögen mit einem linearen Verstärker zu vergleichen. Verglichen mit einem linearen Verstärker wird die Pumpleistung zum Erhalt einer verstärkten Impulsenergie von 400 pJ verringert, was zu Φn1 ≈ 5 führt. Wegen der Eigenphasenmodulation bei dem Verstärker nimmt die Spektralbreite von ungefähr 8,2 nm (Spitze) bei dem Oszillator auf 5,7 nm bei dem Verstärker (unten) ab, wie in
  • 5 dargestellt ist. Gemäß 5 wird wie erwartet eine höhere Spektralqualität von verstärkten Impulsen bei „linearen" Verstärkern erhalten.
  • Nachstehend wird das System gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel beschrieben. Die in 1 dargestellte Anordnung wird auch auf das dritte Ausführungsbeispiel angewandt. Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel wird ein in der Umgebung beständiger Oszillator verwendet, der Impulse von 50 pJ mit einer Wiederholungsrate von 5 MHz erzeugt. Die Impulse haben eine Bandbreite von 20 nm und sind positiv gechirped, d.h. der Chirp kann mit einer Länge von ungefähr 8 Metern eines eine Solitonwelle erlaubenden Lichtwellenleiters (Corning SMF28) kompensiert werden. Nach der Implementierung einer Chirp-Kompensation wurde beobachtet, daß die gemessene Impulsbreite bei der Signalwellenlänge 190 fs beträgt (wenn man eine Gaußsche Form annimmt), d.h. fast bandbreitenbegrenzte Impulse können auf diese Weise nach einer Chirp-Kompensierung erhalten werden.
  • Die Entwicklung des Verstärkersystems gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist ähnlich zu denen gemäß den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen beschriebenen abgesehen von den folgenden Ausnahmen. Der Verstärker-Lichtwellenleiter 11 weist eine numerische Apertur von ungefähr 0,16 und einen Kerndurchmesser von ungefähr 6 μm auf. Die Verstärkerlänge beträgt 1,1 m. In den Verstärker wird 90 mW Pumplicht bei 980 nm gepumpt. Ein dispersionskompensierender Lichtwellenleiter 19, der ein Teil von mehreren Metern eines genormten Fernmelde-Lichtwellenleiters (Corning SMF28) ist, wird zwischen dem Wellenmultiplex-Koppler 17 und dem Faraday-Rotationsspiegel 19 zur Dispersionskompensation eingefügt. Die gesamte Länge des Lichtwellenleiters zwischen dem Eingang und dem Ausgang des Verstärkersystems, über das das übertragene Signallicht eingestellt wird, wird zum Erhalt einer optimalen Dispersionskompensation der Oszillatorimpulse eingestellt. Diese Optimierung kann durch Messen der Impulsbreite der aus dem Verstärker austretenden Impulse mit einem Autokorrelator und Einstellung der Länge des eingefügten, genormten Fernmelde-Lichtwellenleiters verifiziert werden, bis eine aus dem System austretende, minimale Impulslänge erhalten wird. Während der Dispersions-Einstellphase wird die Pumpleistung bei dem Verstärker auf einen Pegel verringert, bei dem jegliche nichtlinearen Vorgänge in dem Verstärker minimiert werden, so daß keine Raman-Verschiebung des Signals beobachtet wird.
  • Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist die Entwicklung des Frequenzverdopplersystems identisch mit den vorangegangenen Ausführungsbeispielen, aber das PPLN 20 mit einer Länge von nur 600 μm wird verwendet. Das System gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel hat den Vorteil, daß die Dispersion des Verstärkersystems auf Null eingestellt und leicht gesteuert werden kann, was nützlich beim Erhalt der kürzestmöglichen Impulse aus dem Soliton-Raman-Kompressor ist. Da die Impulse über die gesamte Länge des Verstärkers stark gechirped sind, treten jegliche Nichtlinearitäten nur in dem letzten Teil des Verstärkers auf, was beim Erhalt der höchstmöglichen Ausgangsimpulsenergie aus dem Soliton-Raman-Kompressor vorteilhaft ist.
  • Bei dem System gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel werden die Signalimpulse auf eine Leistung von 4 mW verstärkt (eine Impulsenergie von 800 pJ/Impuls). Nach der Frequenzverdopplung werden Impulse von 100 fs mit einer durchschnittlichen Leistung von 1 mW experimentell bei 790 nm erhalten. Es wurde ermittelt, daß das Zeit-Bandbreite-Produkt ungefähr 0,50 beträgt, wenn man Gaußsche Impulse annimmt; daher betrugen die Impulse innerhalb von 10 bis 20 % der Bandbreitengrenze. Dies demonstrierte die vorteilhafte Wirkung der bei diesem System implementierten Dispersionseinstellung. Es wurde herausgefunden, daß der Wirkungsgrad der Frequenzverdopplung 25 % beträgt und niedriger als der ist, der für einen bandbreitenbeschränkten Signalimpuls von 800 pJ erwartet wird.
  • Bei sämtlichen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele werden relativ hohe Erbium-Dotierpegel zwischen 700 bis 1500 ppm trotz der Abnahme des Quanten-Wirkungsgrades dieser Arten von Verstärkern verglichen mit niedrigeren Dotierpegeln implementiert. Diese hohen Dotierpegel gestatten eine Minimierung der verwendeten Verstärkerlängen. Da Impulse von 1 nJ mit einer Breite von 100 fs eine Spitzenleistung von 10 kW haben, weisen sie wesentliche Nichtlinearitäten bei nur 20 bis 30 cm Lichtwellenleiter selbst für Verstärker mit großem Kern auf. Außerdem werden Impulse von 100 fs durch Dispersion dritter Ordnung in dem Lichtwellenleiter 11 beeinträchtigt. Deswegen ist es vorteilhaft, die Länge des Verstärkersystems zur Maximierung der Impulsqualität und zur Minimierung der erhaltbaren Impulsbreite zu minimieren. Allgemein sollte die Länge des Verstärkersystems jedoch nicht zu kurz sein, da zumindest der Einsatz der Soliton-Kompression höherer Ordnung sichergestellt werden muß, damit eine wesentliche Impulsverkürzung ermöglicht wird. Falls die Nichtlinearität des Verstärkers tatsächlich zu klein ist, führt eine Eigenphasenmodulation bei Lichtwellenleitern mit negativer Dispersion gemäß 5 zu einer Impulsverbreiterung.
  • Zusätzlich zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen sind einige andere Ausführungsbeispiele der Erfindung möglich. Insbesondere kann eine Dispersionsoptimierung oder ein Nulldispersionssystem bei den Systemen gemäß dem ersten oder zweiten Ausführungsbeispiel oder irgendein Verstärkersystem verwendet werden. Eine Kombination eines positiven oder negativen Dispersions-Lichtwellenleiters kann zum Erreichen einer Dispersionsoptimierung verwendet werden. Gemäß den ersten und zweiten Ausführungsbeispielen kann ein positivdispersions-kompensierender Lichtwellenleiter 18 mit einer geeigneten Länge zwischen dem Wellenlängenmultiplex-Koppler 17 und dem Faraday-Rotationsspiegel 19 gemäß 1 eingesetzt werden.
  • Außerdem kann ein Einzelstufenaufbau in dem Soliton-Raman-Kompressor implementiert werden. Eine Systemimplementierung ist in 6 abgebildet. Zur Ermöglichung einer vollständigen Polarisationsstabilität kann ein polarisationserhaltender Verstärker (PMA) verwendet werden. Die Polarisation des Lichts aus dem Oszillator 10 wird dann mit einer der Polarisationsachsen des polarisationserhaltenden Verstärkers ausgerichtet. Der Polarisationszustand an dem Ausgang wird derart eingestellt, daß er den höchsten Verdopplungsumwandlungs-Wirkungsgrad erzielt. Ein polarisationserhaltender Lichtwellenleiter ist jedoch kein Erfordernis bei einem Einzelstufenaufbau, da eine Kombination von Wellenplatten an dem Eingang 14, 15 und an dem Ausgang 60 des Soliton-Raman-Kompressors zur Maximierung des Wirkungsgrades des Frequenzverdopplungsvorgangs wie in 6 dargestellt verwendet werden kann. Jedoch wird eine bessere langfristige und Umgebungs-Stabilität mit einem polarisationserhaltenden Lichtwellenleiter erwartet. Außerdem kann auch ein unterschiedlicher Wellenlängenmultiplex-Koppler 61 (und 62) implementiert werden. Bei den in 6 dargestellten Wellenlängenmultiplex-Kopplern 61 und 62 wird das Pumplicht in den Verstärker 11 über eine mikrooptische Anordnung gekoppelt, die dichroitische Spiegel beinhaltet. Derartige Wellenlängenmultiplex-Koppler können tatsächlich Freiraum-Ausgänge aufweisen, was bei der Minimierung jeglicher Kopplerleitungen und optischer Verluste in Verstärkersystemen nützlich ist. Ein vollständig polarisationsstabiles System erfordert eindeutig einen polarisationserhaltenden Lichtwellenleiter über das Verstärkersystem. Die Spleiße zwischen unterschiedlichen Abschnitten des polarisationserhaltenden Lichtwellenleiters sollten sicherstellen, daß die Polarisationsachsen der Lichtwellenleiter ausgerichtet sind.
  • Da es vorteilhaft ist, soviel Pumpleistung wie möglich für den Soliton-Raman-Kompressor erhältlich zu haben, kann mehr als eine Pumpdiode verwendet werden. Eine Anordnung mit zwei Pumpdioden 63 und 64 ist ebenso in 6 dargestellt. Eine ähnliche Anordnung könnte mit einer Doppelstufe für das (nicht dargestellte) Signallicht verwendet werden. Außerdem können Polarisations-Strahlenteiler für das Pumplicht bei den Wellenlängenmultiplex-Kopplern enthalten sein, damit die Verwendung von bis zu vier (nicht dargestellten) Pumpdioden gestattet wird.
  • Zusätzlich zu der Soliton-Kompression höherer Ordnung oder der Erzeugung von Raman-Solitons können adiabatische Impulsverstärker auch zur Verkürzung der Impulsbreite aus dem Oszillator verwendet werden. Zur Sicherstellung der Verstärkung in der Nähe der Adiabazität wird ein gegengerichtetes, gepumptes Verstärkersystem wie in 7 dargestellt bevorzugt. Gegengerichtetes Pumpen gestattet eine Zunahme der Verstärker-Verstärkung pro Längeneinheit mit einer Abnahme der Impulsbreite bei der Abwesenheit einer Verstärkersättigung, was mit der Adiabazität kompatibel ist. Die Verwendung von polarisationserhaltenden Lichtwellenleitern ist bei derartigen Systemen eindeutig vorteilhaft.
  • Für Anwendungen bei konfokaler Zweiphoton-Mikroskopie ist es in der Abwesenheit von Beschränkungen hinsichtlich des Schadens und des Photobleichens auch nützlich, auf nahezu lineare Verstärkersysteme zum Erhalt eines hohen Werts M zurückzugreifen. Wiederum ist in diesem Fall ein gegengerichteter, gepumpter Verstärker am nützlichsten, da er die Nichtlinearität des Verstärkers minimiert, obwohl ein Doppelstufensystem ebenfalls möglich ist. Das erwartete Leistungsvermögen eines derartigen Systems kann durch dessen Vergleichen mit dem System gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel geschätzt werden. Angenommen, daß ein optimal entwickelter Einzelstufenverstärker ungefähr 30 % länger als ein Zweistufenverstärker sein muß, beträgt die optimale Länge des Verstärkers ungefähr L = 3,4 m für einen Einzelstufenverstärker mit einem Er-Dotierpegel von ungefähr 750 ppm. Unter Verwendung eines PPLN-Kristalls mit einer Länge von ungefähr 3 mm kann eine Impulsbreite von ungefähr 500 fs bei der Frequenzverdopplungswellenlänge erhalten werden. Da der erwartete Kleinsignal-Verdopplungswirkungsgrad von PPLN ungefähr 95 %/nJ für einen bandbreitenbegrenzten, sech2-geformten Impuls ist, kann ein gesamter Verdopplungs-Wirkungsgrad von ungefähr 40 % für derartige Impulse erhalten werden. Daher kann die lineare Konfiguration gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel einen Leistungspegel von 23 mW bei der Frequenzverdopplungswellen länge erzeugen, einen Wert von M von 30 % höher als denjenigen gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel. Jedoch berücksichtigt diese Zahl nicht Impulsverbreiterungseffekte bei „fast linearen" Verstärkern und eine Verringerung des Frequenzumwandlungswirkungsgrads wegen der restlichen, kleinen Nichtlinearität derartiger Systeme. Falls die Verwendung von längeren Impulsen bei praktischen, konfokalen Zweiphoton-Meßsystemen nichtsdestotrotz kompatibel mit Beschränkungen hinsichtlich des Schadens und des Photobleichens ist, können längere Impulse bevorzugt werden, da sie das Meßsystem wegen der verringerten Dispersionsprobleme innerhalb des konfokalen Mikroskops vereinfachen. Es sei bemerkt, daß das kritische Element bei einem derartigen System ein sehr wirksamer Verstärker mit großem Kern und ein Oszillator ist, der keine ultrakurzen Impulse erzeugt, sondern eher Impulse mit Breiten von einigen 100 fs. Natürlich kann eine willkürlich lange Impulsbreite aus einem Breitband-Oszillator durch Verwendung von Spektralfilterung ausgewählt werden. Dies führt jedoch zu einem Leistungsverlust. Als bessere Alternative kann eine Einkopplungs-Impulsquelle verwendet werden, die eine Impulsbreite von mehr als 500 fs erzeugt. Die Verwendung von polarisationserhaltenden Lichtwellenleitern ist bei derartigen Systemen eindeutig vorteilhaft.
  • Wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben können Überlängenverstärker bei einem Soliton-Raman-Kompressor zum Erhalt eines maximalen Verdopplungs-Umwandlungs-Wirkungsgrades verwendet werden. Da dort eine sehr geringe Verstärkung in dem letzten Abschnitt eines Überlängenverstärkers vorliegt, kann ein undotierter Lichtwellenleiter 80 in dem letzten Abschnitt des Soliton-Raman-Kompressors verwendet werden. Dann kann die Länge des Verstärkers zum Erhalt einer optimalen Signalverstärkung und daraufhin ein undotierter Lichtwellenleiter mit großem Kern in den Verstärker-Lichtwellenleiter zum Erhalt eines Soliton-Raman-Kompressorvorgangs aufgespleißt werden. Eine derartige Anordnung für einen Einzelstufenverstärker ist in 8 abgebildet. Ein (nicht dargestellter) Doppelstufenaufbau kann ebenfalls implementiert werden.
  • Zur Maximierung des gesamten Wirkungsgrades des gesamten Systems können Verstärker 81 und 82 mit unterschiedlichen Dotierpegeln (wie auch in 8 dargestellt) implementiert werden. Da der Wirkungsgrad von typischen Lichtwellenleiter-Verstärkern mit einer Abnahme des Dotierpegels bei den vorderen Stufen der Verstärkung zunimmt, können niedrige Dotierpegel für die Verstärker implementiert werden; da der Signalpegel bei den ersten Stufen der Verstärkung gering ist, kann eine größere Länge des Verstärkers mit einem niedrigen Dotierpegel toleriert werden.
  • Zur Erhöhung der erhaltbaren Pumpleistung für den Soliton-Raman-Kompressor und zur Minimierung der Kosten der Pumpquelle kann wie in 9 dargestellt ein Doppelmantel-Lichtwellenleiter 90 implementiert werden. Doppelmantel-Lichtwellenleiter gestatten ein Pumpen des Systems mit Breitstreifen-Diodenanordnungs-Lasern. Der Einfachheit halber ist nur eine einzelne Stufe in 9 abgebildet. Zum Ermöglichen von Mantelpumpen können Er-dotierte oder Er-/Yb-dotierte Lichtwellenleiter verwendet werden. Die Erweiterung auf eine Doppelstufe ist aus der vorangehenden Diskussion ersichtlich. Gemäß 9 wird die Pumpleistung über eine Endkopplung auf eine Diodenanordnung 91 über einen dichroitischen Spiegel 92 erzeugt. Jedoch können Multimoden-Lichtwellenleiterkoppler zur Ausführung dieser Funktion verwendet werden. Alternativ kann das Seitenkoppeln der Pumpleistung in den Doppelmantel-Lichtwellenleiter auch implementiert werden.
  • Da der Soliton-Raman-Kompressor ein hochgradig nichtlineares System ist, ist auch die Verwendung von Verstärkern oder undotierten Lichtwellenleitern mit großem Kern akzeptabel, die leicht mehrmodig arbeiten. Bei Multimoden-Lichtwellenleitern werden die Einkoppelbedingungen für den Verstärker-Lichtwellenleiter derart ausgewählt, daß vorzugsweise die Grundmode eingekoppelt wird, obwohl allgemein dann auch Moden höherer Ordnung erregt werden. Solange die Leistung in der Grundmode höher als oder vergleichbar mit der Leistung in all den anderen Moden ist, beeinflußt der Soliton-Raman-Kompressor die Grundmode zuerst. Die Raman-Verschiebung der Grundmode kann dann in Verbindung mit dem Frequenzverdoppler zum Erhalt eines nahezu beugungsbegrenzten Ausgangssignals bei der frequenzverdoppelten Wellenlänge implementiert werden. Wiederum kann auch ein Doppelmantel-Lichtwellenleiter in einem derartigen System implementiert werden. Eine einen Multimoden-Lichtwellenleiter 100 verwendende mögliche Systemimplementierung ist in 10 abgebildet. 10 zeigt einen Einzelstufenaufbau, aber ein Doppelstufenaufbau ist auch möglich. Ein dichroitischer Großspiegel 92 kann zur Kopplung des Pumplichts aus einer Laserdiode 91 verwendet werden. Es sei jedoch bemerkt, daß Multimoden-Koppler vollständig aus Lichtwellenleitern auch zur Durchführung dieser Funktion verwendet werden können. Auf gleiche Weise kann auch eine Seitenkopplung des Pumplichts implementiert werden.
  • Außerdem ist wie vorstehend beschrieben die Anwendung eines Frequenzumwandlungsvorgangs nicht auf Lichtwellenleiter-Verstärker oder nichtlineare Lichtwellenleiter-Kompressoren beschränkt. Im Prinzip kann jede Art eines nichtlinearen Verstärkers bei einer Signalwellenlänge mit einer nichtlinearen Phasenverzögerung Φn1 > 5 (wie vorstehend berechnet) verwendet werden, und eine Frequenzumwandlung kann dann einen Impuls mit hoher Qualität bei einer frequenzumgewandelten Wellenlänge erzeugen. Eine derartige Systemimplementierung ist allgemein in 11 abgebildet. Eine Systemimplementierung mit einem Verstärker, einem nichtlinearen Kompressor und einem PPLN-Frequenzverdoppler ist in 12 abgebildet. Natürlich können der Lichtwellenleiter-Verstärker und der Kompressor in ein einzelnes optisches Element kombiniert werden. Auf gleiche Weise könnten ein nichtlinearer Verstärker und ein linearer oder nichtlinearer Kompressor verwendet werden.
  • Wie vorstehend beschrieben ist die Verwendung eines PPLN für derartige Systeme besonders vorteilhaft, da der PPLN nicht kritisch phasenangepaßt ist und eine sehr effektive Frequenzumwandlung gestattet. Die Auswahl eines PPLN-Kristalls oder eines Frequenzwandlers mit einer Akzeptanzbandbreite bei der Signalwellenlänge von weniger als der Bandbreite der Quelle bei der Signalwellenlänge ist dann zur Erzeugung der Impulse mit der höchstmöglichen Qualität mit dem höchstmöglichen Umwandlungs-Wirkungsgrad vorteilhaft.
  • Darüber hinaus kann das Prinzip der Verwendung eines Frequenzwandlers mit einer Akzeptanzbandbreite bei der Signalwellenlänge von weniger als der Bandbreite bei der Signalwellenlänge zur Frequenzumwandlung bei jeder Quelle von kurzen Impulsen angewandt werden. Eine derartige Systemimplementierung ist in 13 abgebildet. Wie vorstehend beschrieben ist die Verwendung eines PPLN für derartige Systeme besonders vorteilhaft, da der PPLN nicht kritisch phasenangepaßt ist und eine Steuerung der Akzeptanzbandbreite einfach durch Steuerung der Länge des Kristalls gestattet. Ein derartiger Abstimmbereich ist dann durch Auswahl des PPLN mit unterschiedlichen Polperioden oder durch Veränderung der Temperatur des PPLN erreichbar. Alternativ könnte jeder Typ eines periodisch gepolten nichtlinearen Kristalls zur Ausführung der Funktion der Frequenzumwandlung verwendet werden.
  • Eine Vorrichtung erzeugt Femtosekunden-Impulse aus Laserverstärkern durch nichtlineare Frequenzumwandlung. Die Implementierung einer nichtlinearen Frequenzumwandlung gestattet die Entwicklung von hochgradig nichtlinearen Verstärkern bei einer Signalwellenlänge (SW), während ein Impuls mit hoher Qualität bei ungefähr einer frequenzverdoppelten Wellenlänge (FDW) noch beibehalten wird. Eine nichtlineare Frequenzumwandlung wird auch für eine begrenzte Wellenlängenabstimmung der frequenzverdoppelten Wellenlänge gestattet. Beispielsweise wird das Ausgangssignal aus einem nichtlinearen Lichtwellenleiter-Verstärker frequenzgewandelt. Durch Steuerung des Polarisationszustands des nichtlinearen Lichtwellenleiter-Verstärkers und durch Betrieb des die Solitonwelle gestattenden Dispersionsbereichs des Grundglases wird eine effektive nichtlineare Impulskompression für die Signalwellenlänge erhalten. Die erzeugte Impulsbreite wird durch Verwendung von Soliton-Kompression bei dem Vorhandensein der Raman-Eigenfrequenzverschiebung in dem nichtlinearen Lichtwellenleiter-Verstärker bei der Signalwellenlänge optimiert. Hochleistungs-Impulse werden durch Einsatz von Lichtwellenleiter-Verstärkern mit großen Kerndurchmessern erhalten. Der Wirkungsgrad des nichtlinearen Lichtwellenleiter-Verstärkers wird durch Verwendung eines Doppelmantel-Lichtwellenleiters (d.h. eines Lichtwellenleiters mit einem Doppelstufenprofil des Brechungsindexes) und durch Pumpen von Licht direkt in den Innenkern dieses Lichtwellenleiters optimiert. Periodisch gepoltes LiNbO3 (PPLN) wird zur effektiven Umwandlung der Signalwellenlänge auf eine Frequenzverdopplungswellenlänge verwendet. Die Qualität der Impulse bei der Frequenzverdopplungswellenlänge kann durch nichtlineare Frequenzumwandlung der komprimierten und ramanverschobenen Signalimpulse bei der Signalwellenlänge weiter verbessert werden. Die Verwendung der Raman-Verschiebung verbessert den Abstimmbereich bei der Frequenzverdopplungswellenlänge weiter. Für Anwendungen bei konfokaler Mikroskopie wird ein besonderer linearer Lichtwellenleiter-Verstärker verwendet.

Claims (48)

  1. Vorrichtung zur Erzeugung von optischen Hochleistungs-Impulsen, gekennzeichnet durch eine optische Quelle (10) zur Erzeugung von Signallicht, einen nichtlinearen Verstärker (11, 18; 81, 82; 90; 100) mit einer nichtlinearen Phasenverzögerung, der das durch die optische Quelle (10) erzeugte Signallicht empfängt, und einen Frequenzwandler (20), der aus dem nichtlinearen Verstärker (11, 18; 81, 82; 90; 100) ausgegebene optische Impulse empfängt, wobei der Frequenzwandler (20) die optischen Hochleistungs-Impulse an dessen Ausgang erzeugt.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zwischen der optischen Quelle (10) und dem nichtlinearen Verstärker (11, 18; 81, 82; 90; 100) angeordnete Polarisations-Steuereinrichtung (14, 15), wobei die Polarisations-Steuereinrichtung (14, 15) den Polarisationszustand des durch den nichtlinearen Verstärker (11, 18; 81, 82; 90; 100) empfangenen Signallichts einstellt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisations-Steuereinrichtung Wellenplatten (14, 15) aufweist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die optische Quelle (10) einen Lichtwellenleiter-Oszillator aufweist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der nichtlineare Verstärker (11, 18; 81, 82; 90; 100) einen Verstärker-Lichtwellenleiter (11; 81; 82; 100) aufweist.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker-Lichtwellenleiter (11) mit seltenen Erden dotiert ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker-Lichtwellenleiter (11) mit Er3+, ErYb+, PrTm oder Ho dotiert ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker-Lichtwellenleiter (11, 18; 81, 82; 90; 100) eine numerische Apertur (NA) von weniger als 0,15 aufweist.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker-Lichtwellenleiter (11, 18; 81, 82; 90; 100) eine Kernfläche von mehr als 50 μm2 aufweist.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker-Lichtwellenleiter (11, 18; 81, 82; 90; 100) eine Impulskompression ausführt.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker-Lichtwellenleiter (11, 18; 81, 82; 90; 100) einen Soliton-Raman-Kompressor (SRC) aufweist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen Impulskompressor zur Komprimierung der aus dem nichtlinearen Verstärker (11, 18; 81, 82; 90; 100) ausgegebenen optischen Impulse.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Impulskompressor ein Soliton-Raman-Kompressor (SRC) ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzwandler (20) einen periodisch gepolten Kristall aufweist.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass der periodisch gepolte Kristall (20) einen periodisch gepolten Lithium-Niobat-Kristall (PPLN) aufweist.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der nichtlineare Verstärker (11, 18; 81, 82; 90; 100) in einem Doppelstufenaufbau angeordnet ist.
  17. Vorrichtung nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch einen Faraday-Rotationsspiegel (19), eine Lichtwellenleiter-Polarisations-Steuereinrichtung oder eine λ/4-Wellenplatte, die an einem Ende des nichtlinearen Verstärkers (11, 18; 81, 82; 90; 100) angeordnet ist.
  18. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen zwischen der optischen Quelle (10) und dem nichtlinearen Verstärker (11, 18; 81, 82; 90; 100) angeordneten Isolator (12).
  19. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen an einem Ausgang des nichtlinearen Verstärkers (11, 18; 81, 82; 90; 100) angeordneten Polarisations-Strahlenteiler (13).
  20. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der nichtlineare Verstärker (11, 18; 81, 82; 90; 100) in einem Einzelstufenaufbau angeordnet ist.
  21. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine mit dem nichtlinearen Verstärker (11, 18; 81, 82; 90; 100) über einen ersten Wellenlängenmultiplex-Koppler (17; 61) gekoppelte erste Pumpe (16; 63), wobei die erste Pumpe (16; 63) Pumplicht für den nichtlinearen Verstärker (11, 18; 81, 82; 90; 100) erzeugt.
  22. Vorrichtung nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch eine über einen zweiten Wellenlängenmultiplex-Koppler (62) an den nichtlinearen Verstärker (11, 18; 81, 82; 90; 100) gekoppelte zweite Pumpe (64), wobei die zweite Pumpe (64) Pumplicht für den nichtlinearen Verstärker (11, 18; 81, 82; 90; 100) erzeugt.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärker-Lichtwellenleiter (11, 18; 81, 82; 90; 100) ein polarisationserhaltender Lichtwellenleiter ist.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine zwischen der optischen Quelle (10) und dem nichtlinearen Verstärker (11, 18; 81, 82; 90; 100) angeordnete erste Polarisations-Steuereinrichtung (14, 15) und eine zweite Polarisations-Steuereinrichtung (60) an einem Ausgang des nichtlinearen Verstärkers (11, 18; 81, 82; 90; 100).
  25. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der nichtlineare Verstärker (11, 18; 81, 82; 90; 100) einen gegengerichteten, gepumpten Verstärker aufweist.
  26. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der nichtlineare Verstärker (11, 18; 81, 82; 90; 100) ein Überlängenverstärker ist und einen undotierten Lichtwellenleiter (80) an dessen Ausgangsende aufweist.
  27. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der nichtlineare Verstärker (81, 82) einen ersten Verstärker-Lichtwellenleiter (81) mit einer ersten Dotierung und einen zweiten Verstärker-Lichtwellenleiter (82) mit einer zweiten Dotierung aufweist.
  28. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der nichtlineare Verstärker (11, 18; 81, 82; 90; 100) einen mit einem Diodenanordnungs-Laser (91) gepumpten Doppelmantel-Lichtwellenleiter (90) aufweist.
  29. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass Pumplicht und das Signallicht direkt in einen Innenkern des Doppelmantel-Lichtwellenleiters (90) eingekoppelt werden.
  30. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der nichtlineare Verstärker (11, 18; 81, 82; 90; 100) einen Multimoden-Verstärker-Lichtwellenleiter (100) aufweist.
  31. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der nichtlineare Verstärker (11, 18; 81, 82; 90; 100) einen dispersionskompensierenden Lichtwellenleiter (18) aufweist.
  32. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen dispersionskompensierenden Lichtwellenleiter (18).
  33. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine spektrale Akzeptanzbandbreite des Frequenzwandlers (20) kleiner als eine Ausdehnung des Spektrums der aus dem nichtlinearen Verstärker (11, 18; 81, 82; 90; 100) ausgegebenen optischen Impulse ist, wobei der Frequenzwandler (20) Energie aus einem Abschnitt des Spektrums der aus dem nichtlinearen Verstärker (11, 18; 81, 82; 90; 100) ausgegebenen optischen Impulse, der größer als die spektrale Akzeptanzbandbreite ist, in die spektrale Akzeptanzbandbreite umwandelt.
  34. Vorrichtung zur Erzeugung von optischen Hochleistungs-Impulsen, gekennzeichnet durch eine optische Quelle (10) zur Erzeugung von optischen Hochleistungs-Impulsen und einen Frequenzwandler (20), der durch einen nichtlinearen Verstärker (11, 18; 81, 82; 90; 100) erzeugte optische Impulse empfängt und optische Hochleistungs-Impulse mit einer frequenzumgewandelten Wellenlänge erzeugt, wobei eine spektrale Akzeptanzbandbreite des Frequenzwandlers (20) kleiner als eine Ausdehnung des Spektrums der optischen Impulse aus der optischen Quelle (10) ist, und wobei der Frequenzwandler (20) Energie aus einem Abschnitt des Spektrums der optischen Impulse aus der optischen Quelle (10), der größer als die spektrale Akzeptanzbandbreite ist, in die spektrale Akzeptanzbandbreite umwandelt.
  35. Vorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass der Frequenzwandler (20) periodisch gepolt ist.
  36. Vorrichtung zur Erzeugung von optischen Hochleistungs-Impulsen, gekennzeichnet durch eine optische Quelle (10) zur Erzeugung eines Signallichts, einen nichtlinearen Verstärker (11, 18; 81, 82; 90; 100), der das durch die optische Quelle (10) erzeugte Signallicht empfängt, einen nichtlinearen Kompressor, der durch den nichtlinearen Verstärker (11, 18; 81, 82; 90; 100) erzeugte optische Impulse empfängt, und einen periodisch gepolten Frequenzwandler (20), der durch den nichtlinearen Kompressor komprimierte optische Impulse empfängt und die optischen Hochleistungs-Impulse mit einer frequenzumgewandelten Wellenlänge erzeugt.
  37. Vorrichtung zur Erzeugung von optischen Hochleistungs-Impulsen, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (10) zur Erzeugung von Signallicht, eine Einrichtung (11, 18; 81, 82; 90; 100) zur nichtlinearen Verstärkung des Signallichts und eine Einrichtung (20) zur Frequenzumwandlung von durch die Einrichtung (11, 18; 81, 82; 90; 100) zur nichtlinearen Verstärkung erzeugten optischen Impulsen, wobei die Einrichtung (20) zur Frequenzumwandlung die optischen Hochleistungs-Impulse an dessen Ausgang erzeugt.
  38. Vorrichtung nach Anspruch 37, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (60) zur Steuerung des Polarisationszustands des Signallichts.
  39. Vorrichtung nach Anspruch 37, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Komprimierung der durch die Einrichtung (11, 18; 81, 82; 90; 100) zur nichtlinearen Verstärkung erzeugten optischen Impulse.
  40. Vorrichtung nach Anspruch 37, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zur Reflexion von optischen Impulsen durch die Einrichtung (11, 18; 81, 82; 90; 100) zur nichtlinearen Verstärkung, wodurch ein Doppelstufenaufbau erzeugt wird.
  41. Vorrichtung nach Anspruch 37, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (16; 63) zum Pumpen von Pumplicht in die Einrichtung (11, 18; 81, 82; 90; 100) zur nichtlinearen Verstärkung.
  42. Verfahren zur Erzeugung von optischen Hochleistungs-Impulsen, gekennzeichnet durch die Schritte Erzeugen eines Signallichts, nichtlineares Verstärken des Signallichts zur Erzeugung von verstärkten optischen Impulsen und Umwandeln der Frequenz der verstärkten optischen Impulse zur Erzeugung der optischen Hochleistungs-Impulse.
  43. Verfahren nach Anspruch 42, gekennzeichnet durch den Schritt des Steuerns des Polarisationszustands des Signallichts.
  44. Verfahren nach Anspruch 42, gekennzeichnet durch den Schritt des Komprimierens der optischen Impulse.
  45. Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass die optischen Impulse während des Schritts des nichtlinearen Verstärkens komprimiert werden.
  46. Verfahren nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass ein Doppelmantel-Lichtwellenleiter (90) eine nichtlineare Verstärkung ausführt.
  47. Verfahren nach Anspruch 46, gekennzeichnet durch den Schritt des Einkoppelns von Pumplicht und des Signallichts direkt in einen inneren Kern des Doppelmantel-Lichtwellenleiters (90).
  48. Verfahren nach Anspruch 42, gekennzeichnet durch den Schritt des Reflektierens der optischen Impulse durch einen Verstärker-Lichtwellenleiter (11, 18; 81, 82; 90; 100), wodurch eine Doppelstufenkonfiguration erzeugt wird.
DE19802845A 1997-01-28 1998-01-26 Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Femtosekundenimpulsen mit hoher Leistung mittels eines Lichtwellenleiter-Verstärkers Expired - Lifetime DE19802845B4 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US08/789,995 1997-01-28
US08/789,995 US5880877A (en) 1997-01-28 1997-01-28 Apparatus and method for the generation of high-power femtosecond pulses from a fiber amplifier

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE19802845A1 DE19802845A1 (de) 1998-07-30
DE19802845B4 true DE19802845B4 (de) 2005-11-10

Family

ID=25149334

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19802845A Expired - Lifetime DE19802845B4 (de) 1997-01-28 1998-01-26 Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Femtosekundenimpulsen mit hoher Leistung mittels eines Lichtwellenleiter-Verstärkers

Country Status (3)

Country Link
US (2) US5880877A (de)
JP (4) JP3811564B2 (de)
DE (1) DE19802845B4 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7711013B2 (en) 2004-03-31 2010-05-04 Imra America, Inc. Modular fiber-based chirped pulse amplification system
US10014653B2 (en) 2005-10-17 2018-07-03 Imra America, Inc. Laser based frequency standards and their applications

Families Citing this family (184)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5880877A (en) * 1997-01-28 1999-03-09 Imra America, Inc. Apparatus and method for the generation of high-power femtosecond pulses from a fiber amplifier
US5790303A (en) 1997-01-23 1998-08-04 Positive Light, Inc. System for amplifying an optical pulse using a diode-pumped, Q-switched, intracavity-doubled laser to pump an optical amplifier
US7576909B2 (en) * 1998-07-16 2009-08-18 Imra America, Inc. Multimode amplifier for amplifying single mode light
US20050041702A1 (en) 1997-03-21 2005-02-24 Imra America, Inc. High energy optical fiber amplifier for picosecond-nanosecond pulses for advanced material processing applications
US7656578B2 (en) * 1997-03-21 2010-02-02 Imra America, Inc. Microchip-Yb fiber hybrid optical amplifier for micro-machining and marking
GB2335058A (en) * 1998-03-03 1999-09-08 Univ Sheffield Design of nonlinear systems in the frequency domain
US6122097A (en) * 1998-04-16 2000-09-19 Positive Light, Inc. System and method for amplifying an optical pulse using a diode-pumped, Q-switched, extracavity frequency-doubled laser to pump an optical amplifier
CA2330627A1 (en) * 1998-05-01 1999-11-11 Corning Incorporated Dispersion managed optical waveguide and system with distributed amplification
US6252892B1 (en) * 1998-09-08 2001-06-26 Imra America, Inc. Resonant fabry-perot semiconductor saturable absorbers and two photon absorption power limiters
JP3390755B2 (ja) * 1998-09-29 2003-03-31 科学技術振興事業団 波長可変短パルス光発生装置及び方法
US6275512B1 (en) 1998-11-25 2001-08-14 Imra America, Inc. Mode-locked multimode fiber laser pulse source
US6163636A (en) * 1999-01-19 2000-12-19 Lucent Technologies Inc. Optical communication system using multiple-order Raman amplifiers
JP4114258B2 (ja) 1999-01-26 2008-07-09 アイシン精機株式会社 複数パルス光発生方法及びその装置
JP3784585B2 (ja) * 1999-08-26 2006-06-14 富士通株式会社 光ファイバ伝送のための方法、光デバイス及びシステム
JP3557134B2 (ja) * 1999-09-28 2004-08-25 富士通株式会社 光送信装置、波長分割多重方式光信号生成方法およびチャネル増設方法
US6281471B1 (en) * 1999-12-28 2001-08-28 Gsi Lumonics, Inc. Energy-efficient, laser-based method and system for processing target material
US7838794B2 (en) 1999-12-28 2010-11-23 Gsi Group Corporation Laser-based method and system for removing one or more target link structures
US7723642B2 (en) * 1999-12-28 2010-05-25 Gsi Group Corporation Laser-based system for memory link processing with picosecond lasers
US20040134894A1 (en) * 1999-12-28 2004-07-15 Bo Gu Laser-based system for memory link processing with picosecond lasers
US6340806B1 (en) * 1999-12-28 2002-01-22 General Scanning Inc. Energy-efficient method and system for processing target material using an amplified, wavelength-shifted pulse train
US7671295B2 (en) * 2000-01-10 2010-03-02 Electro Scientific Industries, Inc. Processing a memory link with a set of at least two laser pulses
US20030222324A1 (en) * 2000-01-10 2003-12-04 Yunlong Sun Laser systems for passivation or link processing with a set of laser pulses
US20060141681A1 (en) * 2000-01-10 2006-06-29 Yunlong Sun Processing a memory link with a set of at least two laser pulses
WO2001077646A1 (en) 2000-04-06 2001-10-18 Rensselaer Polytechnic Institute Terahertz transceivers and methods for emission and detection of terahertz pulses using such transceivers
JP3626660B2 (ja) * 2000-04-13 2005-03-09 日本電気株式会社 無中継光伝送システムおよび無中継光伝送方法
JP4865181B2 (ja) * 2000-05-08 2012-02-01 イムラ アメリカ インコーポレイテッド 放物線パルス通信システムおよび方法
US7190705B2 (en) 2000-05-23 2007-03-13 Imra America. Inc. Pulsed laser sources
US6885683B1 (en) 2000-05-23 2005-04-26 Imra America, Inc. Modular, high energy, widely-tunable ultrafast fiber source
US7394591B2 (en) * 2000-05-23 2008-07-01 Imra America, Inc. Utilization of Yb: and Nd: mode-locked oscillators in solid-state short pulse laser systems
US7088756B2 (en) * 2003-07-25 2006-08-08 Imra America, Inc. Polarization maintaining dispersion controlled fiber laser source of ultrashort pulses
US6614815B1 (en) * 2000-06-29 2003-09-02 Lightwave Electronics Blue laser based on interactions in fiber
CN1222124C (zh) 2000-07-10 2005-10-05 Mpb技术有限公司 用于在光纤通信系统中生长分布式喇曼放大的级联泵浦系统和方法
JP2002031823A (ja) * 2000-07-14 2002-01-31 Japan Atom Energy Res Inst 高出力短パルスレーザー光の発生システム
WO2002029945A1 (en) * 2000-10-06 2002-04-11 The Johns Hopkins University A compact, highly efficient and rugged uv source based on fiber laser
AU2002306542A1 (en) * 2001-02-15 2002-08-28 Aculight Corporation Methods and devices for efficient generation of ultraviolet light
US6900885B2 (en) * 2001-03-09 2005-05-31 Nippon Telegraph & Telephone Corporation White light source
US7181097B2 (en) * 2001-03-15 2007-02-20 Massachusetts Institute Of Technology Methods of achieving optimal communications performance
US6954575B2 (en) * 2001-03-16 2005-10-11 Imra America, Inc. Single-polarization high power fiber lasers and amplifiers
US6972268B2 (en) * 2001-03-29 2005-12-06 Gsi Lumonics Corporation Methods and systems for processing a device, methods and systems for modeling same and the device
DE60204864D1 (de) * 2001-04-11 2005-08-04 Univ Southampton Highfield Quellen und verfahren zur erzeugung von optischen pulsen
US6831779B2 (en) * 2001-04-27 2004-12-14 Massachusetts Institute Of Technology Method and apparatus for stabilizing a high-gain, high-power single polarization EDFA
KR100416600B1 (ko) * 2001-06-15 2004-02-05 삼성전자주식회사 고조파 발생장치
US6731423B1 (en) 2001-08-15 2004-05-04 Neumann Information Systems Inc Optical amplifier and method
US7295584B2 (en) * 2001-12-17 2007-11-13 Peleton Photonic Systems System and method for generating multi-wavelength laser source using highly nonlinear fiber
US6970631B2 (en) * 2002-06-05 2005-11-29 Lightwave Electronics Suppression of cladding mode loss in fiber amplifiers with distributed suppression of amplified spontaneous emission (ASE)
US6995900B2 (en) * 2003-01-21 2006-02-07 Jds Uniphase Corporation Method of making a short-pass fiber with controlled cut-off wavelength
US6909538B2 (en) * 2002-03-08 2005-06-21 Lightwave Electronics Fiber amplifiers with depressed cladding and their uses in Er-doped fiber amplifiers for the S-band
DE10212576A1 (de) * 2002-03-15 2003-10-09 Fraunhofer Ges Forschung Verfahren und Einrichtung zur Pulsformung in transparenten optischen Netzen
KR100420951B1 (ko) * 2002-04-17 2004-03-02 한국전자통신연구원 분극 광섬유, 분극 광섬유를 제조하는 방법 및 분산 보상기
JP3532909B2 (ja) * 2002-07-29 2004-05-31 独立行政法人 科学技術振興機構 波長可変短パルス発生装置及び方法
US7259906B1 (en) 2002-09-03 2007-08-21 Cheetah Omni, Llc System and method for voice control of medical devices
EP1550905A4 (de) * 2002-09-10 2009-02-25 Furukawa Electric Co Ltd Wellenlängenumsetzungsmodul
US7103076B2 (en) * 2002-10-24 2006-09-05 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Ultrashort pulsed laser and optical head using the same
US7440171B2 (en) * 2002-10-31 2008-10-21 Finisar Corporation Staged amplifier for lower noise figure and higher saturation power
DK1586145T3 (da) * 2003-01-24 2006-06-26 Trumpf Inc Sidepumpet fiberlaser
WO2004066458A2 (en) * 2003-01-24 2004-08-05 Trumpf, Inc. Fiber laser
US7046432B2 (en) * 2003-02-11 2006-05-16 Coherent, Inc. Optical fiber coupling arrangement
US7218443B2 (en) * 2003-02-25 2007-05-15 Toptica Photonics Ag Generation of tunable light pulses
US7224518B2 (en) * 2003-02-25 2007-05-29 Toptica Photonics Ag Fiber-optic amplification of light pulses
US6952519B2 (en) * 2003-05-02 2005-10-04 Corning Incorporated Large effective area high SBS threshold optical fiber
US7330301B2 (en) 2003-05-14 2008-02-12 Imra America, Inc. Inexpensive variable rep-rate source for high-energy, ultrafast lasers
US7361171B2 (en) * 2003-05-20 2008-04-22 Raydiance, Inc. Man-portable optical ablation system
US7095772B1 (en) 2003-05-22 2006-08-22 Research Foundation Of The University Of Central Florida, Inc. Extreme chirped/stretched pulsed amplification and laser
US7414780B2 (en) 2003-06-30 2008-08-19 Imra America, Inc. All-fiber chirped pulse amplification systems
KR20030063322A (ko) * 2003-07-12 2003-07-28 손익부 편광 무의존 이중 경로 2단 edfa
US20050024716A1 (en) * 2003-07-15 2005-02-03 Johan Nilsson Optical device with immediate gain for brightness enhancement of optical pulses
US20050065502A1 (en) * 2003-08-11 2005-03-24 Richard Stoltz Enabling or blocking the emission of an ablation beam based on color of target
US7143769B2 (en) * 2003-08-11 2006-12-05 Richard Stoltz Controlling pulse energy of an optical amplifier by controlling pump diode current
US7115514B2 (en) * 2003-10-02 2006-10-03 Raydiance, Inc. Semiconductor manufacturing using optical ablation
US7367969B2 (en) * 2003-08-11 2008-05-06 Raydiance, Inc. Ablative material removal with a preset removal rate or volume or depth
US8173929B1 (en) 2003-08-11 2012-05-08 Raydiance, Inc. Methods and systems for trimming circuits
US20050038487A1 (en) * 2003-08-11 2005-02-17 Richard Stoltz Controlling pulse energy of an optical amplifier by controlling pump diode current
US9022037B2 (en) * 2003-08-11 2015-05-05 Raydiance, Inc. Laser ablation method and apparatus having a feedback loop and control unit
US8921733B2 (en) 2003-08-11 2014-12-30 Raydiance, Inc. Methods and systems for trimming circuits
US7413847B2 (en) * 2004-02-09 2008-08-19 Raydiance, Inc. Semiconductor-type processing for solid-state lasers
US6990270B2 (en) * 2004-02-11 2006-01-24 Fitel U.S.A. Corp. Fiber amplifier for generating femtosecond pulses in single mode fiber
US7382238B2 (en) * 2004-03-01 2008-06-03 Sensys Networks, Inc. Method and apparatus for operating and using wireless vehicular sensor node reporting vehicular sensor data and/or ambient conditions
EP1812823A4 (de) * 2004-03-25 2009-08-05 Imra America Inc Optische parametrische verstärkung, optische parametrische erzeugung und optisches pumpen in faseroptischen systemen
KR100568504B1 (ko) * 2004-03-29 2006-04-07 한국전자통신연구원 공진 구조를 이용한 순차적 차주파수 생성장치
US7505196B2 (en) 2004-03-31 2009-03-17 Imra America, Inc. Method and apparatus for controlling and protecting pulsed high power fiber amplifier systems
US7804864B2 (en) 2004-03-31 2010-09-28 Imra America, Inc. High power short pulse fiber laser
US7486705B2 (en) 2004-03-31 2009-02-03 Imra America, Inc. Femtosecond laser processing system with process parameters, controls and feedback
US7082243B2 (en) * 2004-04-05 2006-07-25 Corning Incorporated Large effective area high SBS threshold optical fiber
DE102004032463B4 (de) * 2004-06-30 2011-05-19 Jenoptik Laser Gmbh Verfahren und optische Anordnung zur Erzeugung eines Breitbandspektrums mittels modengekoppelter Picosekunden-Laserimpulse
JP3669634B1 (ja) * 2004-07-06 2005-07-13 株式会社東北テクノアーチ パルスレーザ光発生装置
WO2006023448A2 (en) * 2004-08-25 2006-03-02 Kla-Tencor Technologies Corporation Fiber amplified based light source for semiconductor inspection
US7924892B2 (en) * 2004-08-25 2011-04-12 Kla-Tencor Technologies Corporation Fiber amplifier based light source for semiconductor inspection
JP2006073970A (ja) * 2004-09-06 2006-03-16 Cyber Laser Kk Ｃｗ深紫外線光源
US7508853B2 (en) 2004-12-07 2009-03-24 Imra, America, Inc. Yb: and Nd: mode-locked oscillators and fiber systems incorporated in solid-state short pulse laser systems
US7349452B2 (en) * 2004-12-13 2008-03-25 Raydiance, Inc. Bragg fibers in systems for the generation of high peak power light
WO2006078964A2 (en) * 2005-01-21 2006-07-27 Omni Sciences, Inc. System and method for generating supercontinuum light
WO2006078963A2 (en) * 2005-01-21 2006-07-27 Omni Sciences, Inc. Method and system for generating mid-infrared light
US20060191884A1 (en) * 2005-01-21 2006-08-31 Johnson Shepard D High-speed, precise, laser-based material processing method and system
WO2006113507A2 (en) * 2005-04-14 2006-10-26 Cornell Research Foundation, Inc. Chirped pulse fiber amplifier
US8135050B1 (en) 2005-07-19 2012-03-13 Raydiance, Inc. Automated polarization correction
US7430352B2 (en) 2005-07-29 2008-09-30 Aculight Corporation Multi-segment photonic-crystal-rod waveguides for amplification of high-power pulsed optical radiation and associated method
US7391561B2 (en) 2005-07-29 2008-06-24 Aculight Corporation Fiber- or rod-based optical source featuring a large-core, rare-earth-doped photonic-crystal device for generation of high-power pulsed radiation and method
US7245419B2 (en) * 2005-09-22 2007-07-17 Raydiance, Inc. Wavelength-stabilized pump diodes for pumping gain media in an ultrashort pulsed laser system
JP5023462B2 (ja) * 2005-09-29 2012-09-12 住友大阪セメント株式会社 ＴＨｚ波発生装置
US20070098023A1 (en) * 2005-10-28 2007-05-03 Quantronix Corporation Fiber laser and methods manufacture and use
US7308171B2 (en) * 2005-11-16 2007-12-11 Raydiance, Inc. Method and apparatus for optical isolation in high power fiber-optic systems
US7519253B2 (en) 2005-11-18 2009-04-14 Omni Sciences, Inc. Broadband or mid-infrared fiber light sources
US7436866B2 (en) 2005-11-30 2008-10-14 Raydiance, Inc. Combination optical isolator and pulse compressor
JP4913396B2 (ja) 2005-12-09 2012-04-11 古河電気工業株式会社 極短パルス光源
GB2434483A (en) 2006-01-20 2007-07-25 Fianium Ltd High-Power Short Optical Pulse Source
US7532391B2 (en) * 2006-01-20 2009-05-12 Sumitomo Electric Industries, Ltd. Optical amplification module and laser light source designed to suppress photodarkening
US8189971B1 (en) 2006-01-23 2012-05-29 Raydiance, Inc. Dispersion compensation in a chirped pulse amplification system
US8232687B2 (en) * 2006-04-26 2012-07-31 Raydiance, Inc. Intelligent laser interlock system
US7444049B1 (en) * 2006-01-23 2008-10-28 Raydiance, Inc. Pulse stretcher and compressor including a multi-pass Bragg grating
US9130344B2 (en) * 2006-01-23 2015-09-08 Raydiance, Inc. Automated laser tuning
US7822347B1 (en) 2006-03-28 2010-10-26 Raydiance, Inc. Active tuning of temporal dispersion in an ultrashort pulse laser system
FR2901424B1 (fr) * 2006-05-17 2008-08-08 Femlight Sa Dispositif laser impulsionnel a fibre optique de forte puissance
DE102006023601B4 (de) * 2006-05-19 2009-01-15 Menlo Systems Gmbh Lasersystem
US7768700B1 (en) 2006-11-30 2010-08-03 Lockheed Martin Corporation Method and apparatus for optical gain fiber having segments of differing core sizes
US7529281B2 (en) * 2006-07-11 2009-05-05 Mobius Photonics, Inc. Light source with precisely controlled wavelength-converted average power
US7289263B1 (en) 2006-08-02 2007-10-30 Coherent, Inc. Double-pass fiber amplifier
WO2008052155A2 (en) * 2006-10-26 2008-05-02 Cornell Research Foundation, Inc. System for producing optical pulses of a desired wavelength using cherenkov radiation
US7496117B2 (en) * 2006-11-21 2009-02-24 Nanyang Technological University Laser arrangement and a method for generating power pulses
EP1926188A1 (de) * 2006-11-27 2008-05-28 JDS Uniphase Corporation Leistungsstabilisierung von harmonischer Laserfrequenz-Umwandlung
JP2008193057A (ja) * 2007-01-09 2008-08-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd 波長変換装置および２次元画像表示装置
US20080170289A1 (en) * 2007-01-16 2008-07-17 Northrop Grumman Space & Mission Systems Corporation Multimode raman waveguide amplifier
CN101688949B (zh) * 2007-02-05 2012-01-18 Ofs菲特尔有限责任公司 防止光纤中的电介质击穿
JP2008216716A (ja) * 2007-03-06 2008-09-18 Univ Nagoya スーパーコンティニュアム光源
RU2460186C2 (ru) * 2007-06-27 2012-08-27 Фудзикура Лтд. Волоконный лазер, имеющий превосходную стойкость к отраженному свету
JP5400282B2 (ja) * 2007-06-28 2014-01-29 古河電気工業株式会社 パルス増幅器及びこれを用いたパルス光源
US8179594B1 (en) 2007-06-29 2012-05-15 Lockheed Martin Corporation Method and apparatus for spectral-beam combining of fanned-in laser beams with chromatic-dispersion compensation using a plurality of diffractive gratings
CN101689745B (zh) * 2007-06-29 2011-09-28 株式会社藤仓 光放大器、光纤激光器以及反射光去除方法
JP5213368B2 (ja) * 2007-07-05 2013-06-19 サイバーレーザー株式会社 レーザ光第２高調波発生装置
US7764719B2 (en) * 2007-07-06 2010-07-27 Deep Photonics Corporation Pulsed fiber laser
US7813390B2 (en) * 2007-08-29 2010-10-12 Pavilion Integration Corporation Injection-seeded monolithic laser
US8630320B2 (en) * 2007-08-31 2014-01-14 Deep Photonics Corporation Method and apparatus for a hybrid mode-locked fiber laser
US7733922B1 (en) 2007-09-28 2010-06-08 Deep Photonics Corporation Method and apparatus for fast pulse harmonic fiber laser
US7903326B2 (en) 2007-11-30 2011-03-08 Radiance, Inc. Static phase mask for high-order spectral phase control in a hybrid chirped pulse amplifier system
US20090168814A1 (en) * 2008-01-02 2009-07-02 Martin Achtenhagen Second Harmonic Generation Laser System
GB0800936D0 (en) 2008-01-19 2008-02-27 Fianium Ltd A source of optical supercontinuum generation having a selectable pulse repetition frequency
JP4834718B2 (ja) 2008-01-29 2011-12-14 キヤノン株式会社 パルスレーザ装置、テラヘルツ発生装置、テラヘルツ計測装置及びテラヘルツトモグラフィー装置
US8023538B2 (en) * 2008-03-27 2011-09-20 Imra America, Inc. Ultra-high power parametric amplifier system at high repetition rates
US8179934B2 (en) * 2008-05-12 2012-05-15 Ipg Photonics Corporation Frequency conversion laser head
US20090289382A1 (en) * 2008-05-22 2009-11-26 Raydiance, Inc. System and method for modifying characteristics of a contact lens utilizing an ultra-short pulsed laser
DE102008026190B4 (de) * 2008-05-30 2010-10-21 Menlo Systems Gmbh Vorrichtung zum Erzeugen oder Empfangen von Terahertz-Strahlung
US8125704B2 (en) * 2008-08-18 2012-02-28 Raydiance, Inc. Systems and methods for controlling a pulsed laser by combining laser signals
US8526110B1 (en) 2009-02-17 2013-09-03 Lockheed Martin Corporation Spectral-beam combining for high-power fiber-ring-laser systems
DE102009032803A1 (de) * 2009-07-10 2011-01-13 Friedrich-Schiller-Universität Jena Vorrichtung zum Verstärken und/oder Transportieren von elektromagnetischer Strahlung
US20110069376A1 (en) * 2009-09-23 2011-03-24 Coherent Inc. Fiber mopa with amplifying transport fiber
US8441718B2 (en) * 2009-11-23 2013-05-14 Lockheed Martin Corporation Spectrally beam combined laser system and method at eye-safer wavelengths
US8503840B2 (en) 2010-08-23 2013-08-06 Lockheed Martin Corporation Optical-fiber array method and apparatus
CA2786262A1 (en) 2010-01-07 2011-07-14 Cheetah Omni, Llc Fiber lasers and mid-infrared light sources in methods and systems for selective biological tissue processing and spectroscopy
US20110192450A1 (en) * 2010-02-10 2011-08-11 Bing Liu Method for producing nanoparticle solutions based on pulsed laser ablation for fabrication of thin film solar cells
US8858676B2 (en) * 2010-02-10 2014-10-14 Imra America, Inc. Nanoparticle production in liquid with multiple-pulse ultrafast laser ablation
US8540173B2 (en) * 2010-02-10 2013-09-24 Imra America, Inc. Production of fine particles of functional ceramic by using pulsed laser
WO2011130131A1 (en) 2010-04-12 2011-10-20 Lockheed Martin Corporation Beam diagnostics and feedback system and method for spectrally beam-combined lasers
WO2012037465A1 (en) 2010-09-16 2012-03-22 Raydiance, Inc. Laser based processing of layered materials
US8554037B2 (en) 2010-09-30 2013-10-08 Raydiance, Inc. Hybrid waveguide device in powerful laser systems
KR101145683B1 (ko) * 2010-10-13 2012-05-24 광주과학기술원 레이저 시스템에서 버스트 모드 발진 방법 및 이를 위한 장치
DE102010052085A1 (de) 2010-11-16 2012-05-16 Ayhan Demircan Photonisches Bauelement zur rein-optischen Kontrolle und Manipulation von optischen Impulsen
CN103329016A (zh) 2011-01-27 2013-09-25 Imra美国公司 用于高峰值功率光脉冲的光纤传输的方法和系统
US8787410B2 (en) 2011-02-14 2014-07-22 Imra America, Inc. Compact, coherent, high brightness light sources for the mid and far IR
JP5799538B2 (ja) 2011-03-18 2015-10-28 セイコーエプソン株式会社 テラヘルツ波発生装置、カメラ、イメージング装置、計測装置および光源装置
US8537866B2 (en) * 2011-05-20 2013-09-17 Calmar Optcom, Inc. Generating laser pulses of narrow spectral linewidth based on chirping and stretching of laser pulses and subsequent power amplification
EP2756342B1 (de) * 2011-09-14 2016-11-30 IMRA America, Inc. Steuerbare faserlaserquelle mit mehreren wellenlängen
US9551619B1 (en) * 2011-09-23 2017-01-24 Rockwell Collins, Inc. Terahertz laser
WO2013078215A1 (en) 2011-11-25 2013-05-30 Imra America Inc. A compact coherent high brightness light source for the mid-ir and far-ir
CN102722059B (zh) * 2012-06-14 2014-07-09 电子科技大学 一种基于动态光谱压缩的全光量化系统及其方法
CA2895969A1 (en) 2012-12-31 2014-07-03 Omni Medsci, Inc. Near-infrared lasers for non-invasive monitoring of glucose, ketones, hba1c, and other blood constituents
US9500634B2 (en) 2012-12-31 2016-11-22 Omni Medsci, Inc. Short-wave infrared super-continuum lasers for natural gas leak detection, exploration, and other active remote sensing applications
EP3184038B1 (de) 2012-12-31 2019-02-20 Omni MedSci, Inc. Aufbissschiene mit kurzwellige infrarot-superkontinuumlaser zur frühzeitigen erkennung von karies
US9993159B2 (en) 2012-12-31 2018-06-12 Omni Medsci, Inc. Near-infrared super-continuum lasers for early detection of breast and other cancers
WO2014143276A2 (en) 2012-12-31 2014-09-18 Omni Medsci, Inc. Short-wave infrared super-continuum lasers for natural gas leak detection, exploration, and other active remote sensing applications
US10660526B2 (en) 2012-12-31 2020-05-26 Omni Medsci, Inc. Near-infrared time-of-flight imaging using laser diodes with Bragg reflectors
KR101997895B1 (ko) * 2013-03-18 2019-10-01 삼성전자주식회사 주파수 천이 쓸림 광원 시스템 및 이를 적용한 장치
US9871336B2 (en) * 2013-05-03 2018-01-16 Atla Lasers As Fiber amplifier
TWI474060B (zh) * 2013-06-18 2015-02-21 Nat Univ Tsing Hua 超連續光譜產生系統
US9366872B2 (en) 2014-02-18 2016-06-14 Lockheed Martin Corporation Apparatus and method for fiber-laser output-beam shaping for spectral beam combination
JP2017513211A (ja) 2014-02-28 2017-05-25 イムラ アメリカ インコーポレイテッド 顕微鏡に適用される多波長超短パルスの生成及び放出
CN110564937B (zh) 2015-01-09 2021-03-26 山东迈特莱斯金属表面科技有限公司 激光冲击喷丸处理中使用的方法和设备
US11858065B2 (en) 2015-01-09 2024-01-02 Lsp Technologies, Inc. Method and system for use in laser shock peening and laser bond inspection process
JP6946282B2 (ja) * 2015-10-06 2021-10-06 アイピージー フォトニクス コーポレーション サブナノ秒広域スペクトル発生レーザーシステム
KR20180120137A (ko) * 2015-11-17 2018-11-05 뉴포트 코포레이션 영역 처리 응용분야용 균질 레이저 광원
CN105896249A (zh) * 2016-05-10 2016-08-24 西北大学 一种高功率宽带可调谐孤子-自相似脉冲锁模光纤激光器
CN106248616B (zh) * 2016-09-27 2017-10-24 深圳市太赫兹科技创新研究院有限公司 太赫兹全偏振态检测光谱仪
US10944233B2 (en) * 2017-07-10 2021-03-09 Coherent, Inc. Polarized fiber-laser
US20200194959A1 (en) * 2018-12-18 2020-06-18 Toptica Photonics Ag Generation of Ultrashort Laser Pulses at Wavelengths
EP3731352B1 (de) * 2019-04-25 2023-12-06 Fyla Laser, S.L. Faser-basiertes konfigurationssystem und verfahren zur erzeugung von zeitlich kohärenten pulsen mittels eines superkontinuums
RU207940U1 (ru) * 2021-08-13 2021-11-25 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова" (АлтГТУ) Индикатор интенсивности субмиллиметровых электромагнитных волн

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4829529A (en) * 1987-06-15 1989-05-09 Spectra-Physics, Inc. Laser diode pumped fiber lasers with pump cavity
US4913520A (en) * 1988-10-25 1990-04-03 Spectra Physics Optical fiber for pulse compression
US5187759A (en) * 1991-11-07 1993-02-16 At&T Bell Laboratories High gain multi-mode optical amplifier
US5303247A (en) * 1992-03-11 1994-04-12 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optical harmonic generating device for generating harmonic wave from fundamental wave and shorter wavelength laser generating apparatus in which fundamental wave of laser is converted to harmonic wave with the device
US5303314A (en) * 1993-03-15 1994-04-12 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method and apparatus for polarization-maintaining fiber optical amplification with orthogonal polarization output
DE19510432A1 (de) * 1994-03-22 1995-09-28 Imra America Inc Verfahren und Gerät zur Steuerung der Laser-Emissionswellenlänge unter Ausnutzung nichtlinearer Effekte
US5499134A (en) * 1994-08-24 1996-03-12 Imra America Optical pulse amplification using chirped Bragg gratings
US5530582A (en) * 1995-04-24 1996-06-25 Clark Mxr, Inc. Fiber source for seeding an ultrashort optical pulse amplifier
DE19755361A1 (de) * 1996-12-13 1998-06-18 Imra America Inc Vorrichtung und Verfahren zum Zuführen dispersionskompensierter ultrakurzer optischer Impulse mit hoher Spitzenleistung

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US35215A (en) * 1862-05-13 Improvement in the
JPS6217736A (ja) * 1985-07-16 1987-01-26 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> 光パルス幅圧縮増幅方法
JP2730697B2 (ja) * 1989-05-22 1998-03-25 日本電信電話株式会社 光パルス検出方法
US5321718A (en) * 1993-01-28 1994-06-14 Sdl, Inc. Frequency converted laser diode and lens system therefor
JP3284751B2 (ja) * 1994-05-27 2002-05-20 日本電信電話株式会社 光パルス圧縮装置
US5880877A (en) * 1997-01-28 1999-03-09 Imra America, Inc. Apparatus and method for the generation of high-power femtosecond pulses from a fiber amplifier

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4829529A (en) * 1987-06-15 1989-05-09 Spectra-Physics, Inc. Laser diode pumped fiber lasers with pump cavity
US4913520A (en) * 1988-10-25 1990-04-03 Spectra Physics Optical fiber for pulse compression
US5187759A (en) * 1991-11-07 1993-02-16 At&T Bell Laboratories High gain multi-mode optical amplifier
US5303247A (en) * 1992-03-11 1994-04-12 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Optical harmonic generating device for generating harmonic wave from fundamental wave and shorter wavelength laser generating apparatus in which fundamental wave of laser is converted to harmonic wave with the device
US5303314A (en) * 1993-03-15 1994-04-12 The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Navy Method and apparatus for polarization-maintaining fiber optical amplification with orthogonal polarization output
DE19510432A1 (de) * 1994-03-22 1995-09-28 Imra America Inc Verfahren und Gerät zur Steuerung der Laser-Emissionswellenlänge unter Ausnutzung nichtlinearer Effekte
US5499134A (en) * 1994-08-24 1996-03-12 Imra America Optical pulse amplification using chirped Bragg gratings
US5530582A (en) * 1995-04-24 1996-06-25 Clark Mxr, Inc. Fiber source for seeding an ultrashort optical pulse amplifier
US5530582C1 (en) * 1995-04-24 2001-07-31 Clark Mxr Inc Fiber source for seeding an ultrashort optical pulse amplifier
DE19755361A1 (de) * 1996-12-13 1998-06-18 Imra America Inc Vorrichtung und Verfahren zum Zuführen dispersionskompensierter ultrakurzer optischer Impulse mit hoher Spitzenleistung

Non-Patent Citations (14)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
21, S.1759
Denk, W.:"Two-photon exication in functional bio- logical imaging" in Journal of Biomedical Optics, 1996, Bd.1, S.296
enk, W.:"Two-photon exication in functional bio- logical imaging" in Journal of Biomedical Optics, 1996, Bd.1, S.296 *
Galvanauskas et al.:"Generation of femtosecond op- tical pulses with nanojoule energy from a diode laser and fiber based system" in Applied Physics Letters, 1993, Bd.63, S.1742
Hariharan et al.:"Alexandrite-pumped alexandrite regenerative amplifier for femtosecond pulse am- plification" in Optics Letters, 1996, Bd.21,S.128 *
Islam et al.:"Broad-bandwidths from frequency-shi- fting solitons in fibers" in Optics Letters, 1989, Bd.14, S.370
KAFKA, J.D., BAER, T.M.: Peak Power Fluctuations in Optical Pulse Compression. In: IEEE Journal of Quantum Electronics, Vol. 24, No. 2, 1988, S. 341-350 *
Kurokawa et al.:"Wavelength-dependent amplifica- tion characteristics of femtosecond erbium-doped optical fiber amplifiers"; #####
Ong et al.:"Subpicosecond soliton compression of gain-switched diode laser pulses using an erbium- doped fiber amplifier" in IEEE Journal of Quantum Electronics, 1993, Bd.29, S.1701
ROBERTS, J.F., u.a.: Generation of 50-µJ subpico- second pulses at 248 nm. In: Optics Communica- tions, Vol. 83, 1991, S. 231-234
ROBERTS, J.F., u.a.: Generation of 50-muJ subpico- second pulses at 248 nm. In: Optics Communica- tions, Vol. 83, 1991, S. 231-234 *
Tamura et al.:"Pulse compression using nonlinear pulse evolution with reduced optical wave break- ing in erbium-doped fiber amplifiers with normal group-velocity dispersion" in Optics Letters, 1996 , Vol.21, Nr.1, S.68-70
Van Exter et al.:"Terahertz time-domain spectros- copy of water vapor" in Optics Letters, 1989, Bd. *
WOLFRUM, K., LAENEN, R., LAUBEREAU, A.: Intense bandwith- and diffraction-limited picosecond pulses with large tuning range. In: Optics Communications, Vol. 97, 1993, S. 41-46 *

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7711013B2 (en) 2004-03-31 2010-05-04 Imra America, Inc. Modular fiber-based chirped pulse amplification system
US8873594B2 (en) 2004-03-31 2014-10-28 Imra America, Inc. Modular fiber-based chirped pulse amplification system
US10014653B2 (en) 2005-10-17 2018-07-03 Imra America, Inc. Laser based frequency standards and their applications

Also Published As

Publication number Publication date
JP3811564B2 (ja) 2006-08-23
US6014249A (en) 2000-01-11
JPH10213827A (ja) 1998-08-11
DE19802845A1 (de) 1998-07-30
US5880877A (en) 1999-03-09
JP4750201B2 (ja) 2011-08-17
JP2008122985A (ja) 2008-05-29
JP2004227011A (ja) 2004-08-12
JP2009265683A (ja) 2009-11-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
DE19802845B4 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Erzeugung von Femtosekundenimpulsen mit hoher Leistung mittels eines Lichtwellenleiter-Verstärkers
DE10124983B4 (de) Modulare hochenergetische breit abstimmbare ultraschnelle Faserquelle
DE19861429B4 (de) Auf Multimodefasern basierende Lasersysteme
DE19635919B4 (de) Vorrichtung zur Erzeugung von Femtosekunden- und Pikosekunden-Impulsen von mit Breitbereich-Laserdiodenfeldern mantelgepumpten modenverkoppelten Faserlasern
US7477664B2 (en) Nonlinear polarization pulse shaping mode locked fiber laser
DE19956739B4 (de) Modenverkoppelte Multimoden-Faserlaserimpulsquelle und Verfahren
US7477666B2 (en) All fiber based short pulse amplification at one micron
DE19619983B4 (de) Hochleistungs-Lichtwellenleiter-Verstärkersystem mit zeitproportionaler Frequenzmodulation auf Grundlage von mit seltenen Erden dotierten Mantel-Pumplicht-Lichtwellenleitern
US7477665B2 (en) Electronically tuned self-starting polarization shaping mode locked fiber laser
US20060120412A1 (en) Nonlinear polarization pulse shaping mode locked fiber laser at one micron
DE112012000796T5 (de) Kompakte kohärente Lichtquellen mit hoher Helligkeit für das mittlere und ferne Infrarot
DE112005000710T5 (de) Modulares faserbasiertes Chirped-Puls-Verstärkersystem
DE112014005158T5 (de) Kompakte faserbasierte Kurzpuls-Laserquellen
EP1675227A1 (de) Gepulster moden-verkoppelter Faserlaser mit nichtlinearer Polarisation bei einer Wellenlänge von 1 Mikron
US9684223B2 (en) High efficiency fiber optical parametric oscillator
Niang et al. Spatial beam nonlinear control with multimode GRIN fiber amplifiers
Liu et al. Amplifier similariton generation from a Yb-doped all-normal-dispersion fiber laser employing a hybrid-mode-locking technique

Legal Events

Date Code Title Description
8110 Request for examination paragraph 44
8369 Partition in:

Ref document number: 19861376

Country of ref document: DE

Kind code of ref document: P

Q171 Divided out to:

Ref document number: 19861376

Country of ref document: DE

Kind code of ref document: P

8364 No opposition during term of opposition
R071 Expiry of right