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DE102007010841A1 - Optical amplifier arrangement, has amplification medium assembly, which has two parallel arranged and excited amplifier volumes and amplifier volumes are optically pumped and amplification medium assembly consists of rectangular crystal - Google Patents

Optical amplifier arrangement, has amplification medium assembly, which has two parallel arranged and excited amplifier volumes and amplifier volumes are optically pumped and amplification medium assembly consists of rectangular crystal Download PDF

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DE102007010841A1
DE102007010841A1 DE200710010841 DE102007010841A DE102007010841A1 DE 102007010841 A1 DE102007010841 A1 DE 102007010841A1 DE 200710010841 DE200710010841 DE 200710010841 DE 102007010841 A DE102007010841 A DE 102007010841A DE 102007010841 A1 DE102007010841 A1 DE 102007010841A1
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Abstract

The optical amplifier arrangement has an amplification medium assembly, which has two parallel arranged and excited amplifier volumes. The amplifier volumes are optically pumped. The amplification medium assembly consists of a rectangular crystal (1), which is inserted between two heat sinks (57). The two discrete amplification volumes are generated in the rectangular crystal with a pumping arrangement. The non Faraday rotator is a quartz rotator.

Description

Aufgrund thermischer Störung und optischer Beschädigung sind die erreichbare Leistung und die Pulsenergie bei einem Oszillator limitiert. Zu Erhöhung der Leistung und Energie wird Ozillator und Verstärker-Anordnungen verwendet. Dabei wird der Strahl von einem Oszillator in einen Verstärker bzw. eine Verstärkeranordnung eingekoppelt und dabei verstärkt. Es gibt verschiedene Verstärkeranordnungen, wie z. B. Durchgangsverstärker und regenerative Verstärker. Bei Durchgangsverstärker ist der erreichbare Verstärkungsfaktor limitiert. Ein deutlich größerer Verstärkungsfaktor kann mit einem regenerativen Verstärker erzielt werden. Aufgrund der einsckränkenden Beziehungen zwischen der Pulslänge und Umlaufzeit ist die Verwendung der regenerativen Verstärker auf ps- und fs-Laserstrahl limitiert. Unabhängig von Verstärkeranordnungen muss der Oszillator vor die Rückstrahlung von hochenergietischen Verstärkern geschützt werden. Damit bleibt der Oszillator unbeschädigt und die bevorzugten Eigenschaften des Oszillators wie Strahlqualität, Spektrum und Pulsstabiltät durch den Verstärker unbeeinflußt.by virtue of thermal disturbance and optical damage are the achievable power and the pulse energy at an oscillator limited. To increase The power and energy will be Ozillator and amplifier arrangements used. The beam from an oscillator in an amplifier or a amplifier arrangement coupled and reinforced. There are different amplifier arrangements, such as B. through amplifier and regenerative amplifiers. For through amplifiers is the achievable gain factor limited. A much larger gain factor can be achieved with a regenerative amplifier. by virtue of the overflowing Relationships between the pulse length and Orbital period is the use of regenerative amplifiers ps and fs laser beam limited. Independent of amplifier arrangements the oscillator needs to be ahead of the reverberation of high energy amplifiers protected become. This leaves the oscillator undamaged and the preferred features of the oscillator like beam quality, Spectrum and pulse stability through the amplifier unaffected.

Durch Verwendung von optischen Dioden kann die Rückkopplung der Verstärkerstrahlung in den Oszillator verhindert werden. Eine optische Diode besteht aus einem Rotator wie Quarz-Rotator und einem Faraday-Rotator. Durch einen Quarz-Rotator wird die Polarisation um 45° gedreht. Bei einem Faraday-Rotator wird die Polarisation links um gedreht, wenn der Strahl sich entlang des magnetischen Feldes ausbreitet, oder rechts um gedreht, wenn der Strahl sich in der entgegengesetzten Richtung des magnetischen Feldes ausbreitet.By Using optical diodes can feedback the amplifier radiation be prevented in the oscillator. An optical diode exists from a rotator like quartz rotator and a Faraday rotator. By a quartz rotator becomes the polarization turned 45 °. In a Faraday rotator, the polarization is turned to the left when the beam propagates along the magnetic field, or turned right when the beam is in the opposite Direction of the magnetic field propagates.

Um größerer Verstärkungsfaktor zu erreichen, können weitere Verstärkerstufen nachgeschaltet werden, was zu einem Aufbau mit vielen Komponenten führt. In dieser Anmeldung werden Verstärker-Anordnungen angegeben, mit denen im Prinzip ein beliebiger Verstärkungsfaktor mit einer geringen Anzahl von Komponenten und einem sehr kompakten Aufbau realisiert werden kann.Around larger gain factor to reach further amplifier stages be followed, resulting in a structure with many components leads. In this application, amplifier arrangements indicated, with which in principle an arbitrary amplification factor with a small number of components and a very compact Structure can be realized.

Der große Verstärkungsfaktor wird erreicht, indem ein Verstärkungsmediumaufbau verwendet wird, der mindestens zwei Verstärkungvolumina aufweisen und der zu verstärkende Strahl mittels einer kompakten Optik hintereinander durch die Verstärkungsvolumina geführt und verstärkt wird. Zur Minimierung der verstärkten spontanen Emission und zur Unterbindung der optischen Rückkopplung in den Oszillator werden optische Diodenanordnungen angegeben, die beispielweise aus Polarisator, Faraday-Rotator und Quarz-Rotator besteht.Of the size gain is achieved by a gain medium construction is used, which have at least two reinforcing volumes and the one to be strengthened Beam by means of a compact optics in succession through the gain volumes guided and reinforced becomes. To minimize the amplified spontaneous emission and to suppress the optical feedback in the oscillator optical diode arrays are specified, the For example, consists of polarizer, Faraday rotator and quartz rotator.

1 zeigt einen Verstärkungsmediumaufbau, der aus einem quaderförmigen Kristall (1) besteht. Das Kristall (1) wird zwischen zwei Wärmesenken (57) eingebaut. Damit kann die Verlustwärme über kurzen Weg effektiv und gleichmässig abgeführt werden. 1 shows a gain medium structure consisting of a cuboidal crystal ( 1 ) consists. The crystal ( 1 ) is between two heat sinks ( 57 ) built-in. Thus, the heat loss over a short distance can be dissipated effectively and evenly.

Die Pumpanorndung wird so ausgebildet, dass im Kristall (1) mehrere diskrete Verstärkungskannäle bzw Verstärkungsvolumina (11) entstehen (vgl. 2). Durch nacheinander Durchlauf durch die Verstärkungsvolumina kann ein hoher Verstärkungsfaktor erzielt werden.The pumping arrangement is designed such that in the crystal ( 1 ) a plurality of discrete amplification channels or amplification volumes ( 11 ) arise (cf. 2 ). By successively passing through the gain volumes, a high gain can be achieved.

Um den thermischen gegenseitigen Einfluss zwischen verschiedenen Verstärkungsvolumina kann das quaderförmige Kristall unterteilt werden. Ein Beispiel zeigt 3, bei dem der Verstärkungsmediumaufbau aus mehreren Kristallen (17) besteht, die einen rechteckigen oder quadratischen Querschnitt haben und zwischen zwei gemeinsamen Wärmesenken (57) eingebaut sind.To the thermal mutual influence between different gain volumes, the cuboid crystal can be divided. An example shows 3 in which the gain medium structure is made up of several crystals ( 17 ), which have a rectangular or square cross-section and between two common heat sinks ( 57 ) are installed.

4 zeigt ein Verstärkungsmediumaufbau, der aus mehreren ovalen oder runden Kristallstäben (18) bestehen, die zwischen zwei gemeinsamen Wärmesenken (59) eingebaut werden. 4 shows a gain medium assembly consisting of several oval or round crystal rods ( 18 ) between two common heat sinks ( 59 ) to be built in.

5 zeigt eine Verstärker-Anordnung gemäß vorliegender Erfindung. Der zu verstärkende Strahl (2) läuft zu erst durch das untereste Verstärkungsvolumen und wird verstärkt. Durch die Dachspiegel (51) durchläuft der zu verstärkende Strahl nacheinander die alle Verstärkungsvolumina durch. Der Strahl (22) aus dem Verstärker hat dann höhere Leistung bzw. Energie. 5 shows an amplifier arrangement according to the present invention. The beam to be amplified ( 2 ) runs first through the lowest gain volume and is amplified. Through the roof mirror ( 51 ) the beam to be amplified passes through all the amplification volumes in succession. The beam ( 22 ) from the amplifier then has higher power or energy.

Eine weitere Verstärker-Anordnung zeigt 6. Dabei werden zwei große Dachspiegel (52) und (53) zur Faltung des zu verstärkenden Strahls verwendet. Damit weist diese Verstärkeranordnung eine geringe Anzahl von Komponenten auf.Another amplifier arrangement shows 6 , Two large roof mirrors ( 52 ) and ( 53 ) used to fold the beam to be amplified. Thus, this amplifier arrangement has a small number of components.

7 zeigt eine Verstärker-Anordnung, in der 2 lambda/4 Phasenverzögerungsplatten (25) und ein polarisationsabhängiger Strahlversetzer (4) verwendet werden. Der Eingangsstrahl (2) an der Stelle (91) hat eine zirkulare Polarisation. Hinter der ersten lambda/4 Phasenverzögerungsplatte (25) und an der Stelle (92) wird der Strahl linear polarisiert mit dem E-Feld senkrecht zur Papierebene (s-polarisiert). Der Strahl läuft geradeaus durch den Versetzer (4) und die zweite lambda/4 Phasenverzögerungsplatte (25). An der Stelle (97) wird der linkslaufende Strahl eine zirkulare Polarisation. Nach Rückreflektion durch den Spiegel (19) und das zweite Mal Durchlauf durch die lambda/4 Phasenverzögerungsplatte (25) und an der Stelle (95) wird der Strahl linear polarisiert, allerding mit dem E-Feld parallel zur Papierebene stehend (p-polarisiert). Nach Durchlauf den Strahlversetzer wird der rechtslaufende und p-polarisierte Strahl nach oben versetzt. Der Strahlversetzer (4) wird so definiert, dass der durch ihn erzeugte Versatz dem Abstand zwischen benachbarten Verstärkungsvolumina gleicht. Der Strahl läuft durch die lambda74 Phasenverzögerungsplatte, wird vom Spiegel (29) zurückreflektiert. Nach dem zweiten Mal Durchlauf durch die lambda/4 Phasenverzögerungsplatte (25) wird der linkslaufende Strahl wieder s-polarisiert. So wiederholt sich der Strahlgang jeders Mal mit einem Strahlversatz. Damit durchläuft der zu verstärkende Strahl hintereinander durch alle Verstärkungsvolumina. Der Ausgangsstrahl (22) mit erhöhter Leistung bzw. Energie wird ausgekoppelt. 7 shows an amplifier arrangement in which 2 lambda / 4 phase delay plates ( 25 ) and a polarization-dependent beam displacer ( 4 ) be used. The input beam ( 2 ) in the place ( 91 ) has a circular polarization. Behind the first lambda / 4 phase delay plate ( 25 ) and in the place ( 92 ) the beam is linearly polarized with the E-field perpendicular to the paper plane (s-polarized). The beam goes straight through the offset ( 4 ) and the second lambda / 4 phase retardation plate ( 25 ). At the place ( 97 ), the counterclockwise beam becomes a circular polarization. After back reflection through the mirror ( 19 ) and the second time through the lambda / 4 phase delay plate ( 25 ) and in the place ( 95 ), the beam is linearly polarized, but with the E field parallel to the plane of the paper (p-polarized). After passing through the beam displacer, the clockwise and p-polarized beam is displaced upwards. The beam displacer ( 4 ) will be like that defines that the offset produced by it is equal to the distance between adjacent gain volumes. The beam passes through the lambda74 phase delay plate, is from the mirror ( 29 ) reflected back. After the second pass through the lambda / 4 phase delay plate ( 25 ), the counterclockwise beam is again s-polarized. Thus, the beam path is repeated every time with a beam offset. Thus, the beam to be amplified passes in succession through all gain volumes. The output beam ( 22 ) with increased power or energy is decoupled.

Phasenverzögerungsplatten sind dünne Schichten aus doppelbrechenden Kristallen die so geschnitten sind, dass eine Polarisationsrichtung der anderen gegenüber um einen bestimmten Betrag verzögert wird. Gebräuchlich sind solche Platten mit Verzögerungen von einer halben Wellenlänge (lambda/2-Platten) und einer viertel Wellenlänge (lambda/4-Platten). Diese Verzögerung bezieht sich also immer auf eine bestimmte Wellenlänge.Phase plates are thin layers made of birefringent crystals that are cut so that one Polarization direction of the other is delayed by a certain amount. common are such plates with delays of half a wavelength (λ / 2 plates) and one-quarter wavelength (λ / 4 plates). This delay relates So always on a specific wavelength.

Verzögert man eine Komponente der Polarisation der anderen gegenüber um eine halbe Wellenlänge, so hat das die Wirkung einer Spiegelung der Polarisationsachse von linear polarisiertem Licht. Dadurch kann man eine Drehung von linearer Polarisation erreichen. Die Polarisation des Lichtfeldes dreht sich dabei doppelt so schnell, wie man die Phasenverzögerungsplatte dreht.Delay one one component of the polarization of the other towards one half wavelength, this has the effect of mirroring the polarization axis of linearly polarized light. This allows one to turn from linear Reach polarization. The polarization of the light field turns doing twice as fast as turning the phase delay plate.

Bei der lambda/4-Platte wird die eine Komponente der Polarisation der anderen gegenüber nur um eine viertel Wellenlänge verzögert. Hierdurch kann man linear polarisiertes Licht in zirkular polarisiertes Licht umwandeln um umgekehrt. Eine Verkippung der lambda/4-Platte führt zu elliptischer Polarisation des Lichts.at The lambda / 4 plate becomes the one component of the polarization of the towards others only a quarter wavelength delayed. This allows linearly polarized light to be circularly polarized Convert light to vice versa. A tilt of the lambda / 4 plate leads to elliptical polarization of light.

Eine verwandte Anordnung zeigt 8. In dieser Anordnung wird die lambda/4 Phasenverzögerungsplatte durch zwei lambda/2 Phasenverzögerunsplatten (26) ersetzt. Die lambda/2 Phasenverzögerungsplatten wird so angeordnet, dass deren optische Achse unter einem Winkel von 22,5° zur s- oder zur p-Polarsation steht. So wird die Polarisation nach jedem Durchgang durch die lambda/2 Phasenverzögerungsplatte um 45° gedreht.A related arrangement shows 8th , In this arrangement, the λ / 4 phase retardation plate is replaced by two λ / 2 phase retarders ( 26 ) replaced. The λ / 2 phase retardation plates are arranged so that their optical axis is at an angle of 22.5 ° to the s or p polarization. Thus, the polarization is rotated by 45 ° after each pass through the λ / 2 phase retardation plate.

Verbunden mit hohen Verstärkungsfaktoren ist die verstärkte spontane Emission (ASE) bei Verstärker. Die verstärkte spontane Emission entleert einerseits die Inversion und so mit limitiert die erreichbare Verstärkung. Auf der anderen Seite kann die in den Oszillator gelangene ASE die Eigenschaften von Oszillator stark beeinträchtigen und gar beschädigen. Dies kann vermieden werden, indem eine optische Diode zwischen den Oszillator und den Verstärker angeordnet wird.Connected with high amplification factors the reinforced one spontaneous emission (ASE) at amplifier. The amplified spontaneous On the one hand emission empties the inversion and thus with limited the achievable gain. On the other hand, the ASE coming into the oscillator can cause the Strongly affect the characteristics of the oscillator and even damage it. This can be avoided by placing an optical diode between the oscillator and the amplifier is arranged.

Eine optische Diode dreht die Polarisation des Lichts, wenn es in die eine Richtung hindurch tritt, während sie die Polarisation von Licht, das in die andere Richtung hindurchtritt, ungedreht lässt. Hierzu wird die Polarisation zunächst mit einem Faraday-Rotator um einen bestimmten Winkel z. B. 45° gedreht und dann mit einer lambda/2 Phasenverzögerungsplatte zurückgekippt. Kommt das Licht von der anderen Seite, so kippt die Verzögerungsplatte die Polarisation um 45° Winkel der Faraday-Rotator dreht die Polarisation nun aber nicht wieder zurück, sondern dreht sie um denselben Winkel weiter. So steht die Polarisation senkrecht zur ursprünglichen Polarisation. Durch Verwendung eines Polarisators kann das Licht, das in unserem Fall die ASE vom Verstärker ist und das sich in die unerwünschte Richtung des Oszillators ausbreiten, vernichtet werden und somit wird der Oszillator vor Verstärker geschützt werden.A optical diode rotates the polarization of the light when it enters the a direction passes through while the polarization of light passing in the other direction, leaves untwisted. For this purpose, the polarization is first with a Faraday rotator at a certain angle z. B. 45 ° rotated and then tilted back with a lambda / 2 phase retarder plate. If the light comes from the other side, the delay plate tilts the Polarization by 45 ° angle the Faraday rotator does not turn the polarization again back, but turn it on by the same angle. That's the polarization perpendicular to the original polarization. By using a polarizer, the light that is in our Drop the ASE from the amplifier is and that is in the undesirable Spread the direction of the oscillator, be destroyed and thus is the oscillator in front of amplifier protected become.

Ein Faraday-Rotator ist ein optisches Bauteil, das die Polarisationsrichtung einer Lichtwelle in Abhängigkeit von einem Magnetfeld dreht. Das Drehen der Polarisation ist eine Eigenschaft einiger Kristalle. Der Faraday-Rotator besteht aus solch einem Kristall kombiniert mit einem starken Dauermagneten.One Faraday rotator is an optical component that determines the polarization direction a light wave in dependence by a magnetic field turns. The turning of the polarization is one Property of some crystals. The Faraday rotator consists of such a crystal combined with a strong permanent magnet.

Das Besondere am Faraday-Rotator ist, dass die Drehung bei einem zweiten Durchtritt durch den Rotator, unabhängig von der Laufrichtung des Lichts, stets verdoppelt wird, während andere Bauteile die Polarisation zurückdrehen, wenn sie in die Gegenrichtung durchlaufen werden. Dieser Effekt wird zum Beispiel von optischen Isolatoren genutzt, die einen Rotator mit einem Polarisator kombinieren und so verhindern, dass Licht zurückreflektiert wird.The Special about the Faraday rotator is that the rotation is second Passage through the rotator, regardless of the direction of the light, is always doubled while other components reverse the polarization when in the opposite direction to go through. This effect is for example of optical Isolators used that combine a rotator with a polarizer and thus prevent light from being reflected back.

Anstelle der lambda/2 Phasenverzörgerungsplatte kann auch Quarz-Rotator oder eine Gruppe von räumlich angeordneten Reflektionsflächen sein.Instead of the lambda / 2 phase retarder plate may also be quartz rotator or a group of spatially arranged reflection surfaces.

Ein Beispiel der Verstärkeranordnung mit optischen Dioden ist in 9 dargestellt. Dabei werden ein Polarisator (16), ein Rotator (10) und ein Faraday-Rotator (7) verwendet. Der Rotator (10) kann eine lambda/2 Phasenverzögerungsplatte, oder ein Quarz-Rotator oder eine Gruppe von räumlich angeordneten Reflektionsflächen sein.An example of the optical diode amplifier arrangement is shown in FIG 9 shown. In doing so, a polarizer ( 16 ), a rotator ( 10 ) and a Faraday rotator ( 7 ) used. The rotator ( 10 ) may be a λ / 2 phase retardation plate, or a quartz rotator, or a group of spatially arranged reflection surfaces.

Zur Erläuterung wird angenommen, dass der Eingangsstrahl (2) an der Stelle (91) ist s-polarisiert. Hinter dem Rotator (10) und an der Stelle (93) steht die Polarisation 45° zur Papierebene. Der Faraday-Rotator (7) kippt die Polarisation des Strahls zurück, so dass an der Stelle (94) der Strahl s-polarisiert ist. Der s-polarisierte Strahl läuft gerade aus durch den Strahlversetzer (4) und das untere Verstärkungsmedium. Die lambda/4 Phasenverzögerungsplatte (25) ändert die Polarisation des vom Spiegel (19) reflektierten Strahls an der Stelle (95) in die p-Polarisation. Nach dem Strahlversetzer (4) erfährt der p- polarisierte Strahl einen parallel Versatz nach oben. Der Faraday-Rotator (7) dreht die Polalarisation um 45°. Nach Durchgang durch den Rotator (10) wird die Polarisation um weitere 45° gekippt, so dass an der Stelle (92) der Strahl wieder s-polarisiert wird. Nach Reflektion vom Spiegel (29) bleibt der Strahl s-polarisiert und durchläuft die weitere Verstärkungsvolumina und wird jedes Mal verstärkt bis er (22) aus dem Verstärker ausgekoppelt wird.For explanation it is assumed that the input beam ( 2 ) in the place ( 91 ) is s-polarized. Behind the rotator ( 10 ) and in the place ( 93 ), the polarization is 45 ° to the paper plane. The Faraday rotator ( 7 ) tilts back the polarization of the beam so that at the point ( 94 ) the beam is s-polarized. The s-polarized beam is running straight through the beam offset ( 4 ) and the lower gain medium. The lambda / 4 phase delay plate ( 25 ) changes the polarization of the mirror ( 19 ) reflected beam at the location ( 95 ) in the p-polarization. After the beam offset ( 4 ), the p-polarized beam experiences a parallel offset upwards. The Faraday rotator ( 7 ) the polarization rotates 45 °. After passing through the rotator ( 10 ), the polarization is tilted by another 45 °, so that at the point ( 92 ) the beam is again s-polarized. After reflection from the mirror ( 29 ) the beam remains s-polarized and traverses the further amplification volumes and is amplified each time until it ( 22 ) is coupled out of the amplifier.

Auf dieser Weise wird jedes Verstärkungsvolumen zu den unten ihm liegenden Verstärkungsvolumina getrennt. Die mehrfache optische Diodenanordnung ist ein Garant für den Oszillator vor Beeinträchtigung und Beschädigung.On this way, every gain volume becomes to the gain volumes below it separated. The multiple optical diode array is a guarantor for the Oscillator from impairment and damage.

10 zeigt eine Verstärkeranordnung mit einem integrieten Oszillator. Der Oszillator wird durch den beiden Spiegel (19) und (29), die Phasenverzögerungsplatte (27) und das unteste Verstärkungsvolumen. Die Phasenverzögerungsplatte (27) wird so ausgelegt, dass einen Teil des Strahls an der Stelle (95) p-polarisiert wird und als Ausgangsstrahl in den Verstärker ausgekoppelt wird. Durch Einbau eines Modulators kann ein gepulster Oszillator/Verstärker realisert werden. 10 shows an amplifier arrangement with an integrated oscillator. The oscillator is controlled by the two mirrors ( 19 ) and ( 29 ), the phase delay plate ( 27 ) and the lowest amplification volume. The phase delay plate ( 27 ) is designed so that a part of the beam at the point ( 95 ) is p-polarized and coupled out as output beam into the amplifier. By incorporating a modulator, a pulsed oscillator / amplifier can be realized.

In einem ringförmigen Laserresonator ist es wichtig, die Richtung der Lichtwelle vorzugeben. Hierzu braucht man Bauteile, die Licht in eine Richtung mit wenigen Verlusten durchlassen, während sie es in die andere Richtung möglichst vollständig abschwächen. Man nennt diese Bauteile optische Dioden, weil sie für Licht die Aufgaben erfüllen, die Halbleiterdioden in der Elektrotechnik für den elektrischen Strom erfüllen. Eine Ringresonator-Anordnung zeigt 11. Dabei werden Ringresonator beispielsweise durch die Spiegel (42) und (43) vervollständigt.In an annular laser resonator, it is important to specify the direction of the light wave. For this you need components that let light in one direction with few losses, while weakening it as completely as possible in the other direction. These components are called optical diodes because they fulfill the tasks for light that semiconductor diodes in electrical engineering fulfill for electric current. A ring resonator arrangement shows 11 , This ring resonator, for example, by the mirror ( 42 ) and ( 43 ) completes.

Eine weitere Auführung des Ringresonator zeigt 12. Dabei werden zwei Linsen (49) zur Bildung eine Teleskop für die Modenanpassung verwendet. Das Teleskop kann einen Zwischenfokus aufweisen. Im Zwischenfokus kann z. B. ein sättigbarer Spiegel (46) zur Modulation oder Mode-Locking verwendet werden.Another Auführung the ring resonator shows 12 , There are two lenses ( 49 ) used for forming a telescope for mode matching. The telescope may have an intermediate focus. In the intermediate focus z. B. a saturable mirror ( 46 ) are used for modulation or mode locking.

Wie bei allen anderen Resonatoren kann innerhalb des Resonators die Frequenz des Strahls mittel nichtlinearen Kristallen konvertiert werden. Eine derartige Anordnung zeigt 13. Hierbei wird einen Zwischenfokus mit einem Teleskop in einem nichtlinearen Medium (38) erzeugt. Durch das nichtlineare Medium (38) wird die Frequenz des Strahls konvertiertm z. B. frequenzverdoppelt.As with all other resonators, within the resonator the frequency of the beam can be converted by means of nonlinear crystals. Such an arrangement shows 13 , This involves an intermediate focus with a telescope in a non-linear medium ( 38 ) generated. Through the nonlinear medium ( 38 ) the frequency of the beam is converted, e.g. B. frequency doubled.

Der polarisationabhängige Strahlversetzer kann auf verschiedener Weise realisiert. 14 zeigt einen Strahlversetzter aus einem doppelbrechenden Kristallquader (61). 15 zeigt einen weiteren Strahlversetzer, der aus zwei identischen doppelbrechenden Prismen (64) besteht. Der in 16 dargestellte Strahlversetzer wird mittels zwei Dünnschichtenpolarisatoren (67) gebildet.The polarization-dependent beam offset can be realized in various ways. 14 shows a beam offset from a birefringent crystal cuboid ( 61 ). 15 shows another beam displacer consisting of two identical birefringent prisms ( 64 ) consists. The in 16 shown beam offset is by means of two thin-film polarizers ( 67 ) educated.

Konventionell hat Faraday-Rotator einen runden Querschnitt mit einer rotationsymmetrischen Apertur. Für den Faraday-Rotator wird ein homogenes magnetisches Feld benötigt. Je größer die optische Apertur, desto voluminöser wird der Aufbau des Fraraday-Rotator. Um ein deutlich kompakter Faraday-Rotator zu erstellen, wird für die erfindungsmässigen Verstärker-Anordnungen die Apertur rechteckig ausgeführt. Einer derartiger Faraday-Rotator ist in 17 dargestellt. Dabei haben die beiden (71) einen recheckigen Öffnung (78). Das Faraday-Medium (73) (z. B. YIG-, TGG-Kristall), weist auch in wesentlich einen rechteckigen Querschnitt auf. Damit kann unter einer kompakten Bauweise ein homogenes magnetisches Feld innerhalb des Faraday-Mediums für die gleichmeässige Kippung der Polarisation erzeugt werden.Conventionally, Faraday rotator has a round cross-section with a rotationally symmetric aperture. The Faraday rotator requires a homogeneous magnetic field. The larger the optical aperture, the more voluminous the structure of the Fraraday rotator. In order to create a clearly compact Faraday rotator, the aperture is made rectangular for the amplifier arrangements according to the invention. Such a Faraday rotator is in 17 shown. The two ( 71 ) a rectangular opening ( 78 ). The Faraday medium ( 73 ) (eg, YIG, TGG crystal) also has a substantially rectangular cross-section. This can be generated under a compact design, a homogeneous magnetic field within the Faraday medium for the uniform tilting of the polarization.

Eine weitere Ausführung des Faraday-Rotators zeigt 18. Dort haben die Magnete (71) eine Reihe von runden Öffnungen (77) als optische Aperture. Damit kann die Baugröße des Faraday-Rotator weiter reduziert werden.Another embodiment of the Faraday rotator shows 18 , There have the magnets ( 71 ) a series of round openings ( 77 ) as an optical aperture. Thus, the size of the Faraday rotator can be further reduced.

In allen oben angeführten Verstärkeranordnungen werden die Verstärkungsvolumina in einer Ebene angeordnet. Die Anordnungen können selbstverständlich auch in weitere Ebene erweitert werden.In all of the above amplifier arrangements become the gain volumes arranged in a plane. The arrangements can of course also be extended into another level.

Claims (30)

Optische Verstärkeranordnung mit einem Verstärkungsmediumaufbau, der mindesten zwei in wesentlichen parallel angeordneten und angeregten Verstärkungsvolumina aufweisen.Optical amplifier arrangement with a gain medium structure, at least two substantially parallel and excited gain volumes exhibit. Optische Verstärkeranordnung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verstärkungsvolumina optisch gepumpt werden.Optical amplifier arrangement according to claim 1, characterized in that the gain volumes be pumped optically. Optische Verstärkeranordnung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsmediumaufbau aus einem quaderförmigen Kristall besteht, das zwischen zwei Wärmesenke eingebaut wird.Optical amplifier arrangement according to claim 1, characterized in that the gain medium structure from a cuboid crystal that exists between two heat sinks is installed. Optische Verstärkeranordnung nach dem Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass im quaderförmigen Kristall mindestens zwei diskrete Verstärkungsvolumina mit einer Pumpanordnung generiert werden.Optical amplifier arrangement according to claim 3, characterized in that in the cuboid crystal at least two discrete gain volumes be generated with a pumping arrangement. Optische Verstärkeranordnung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verstärkungsmediumaufbau aus mindestens zwei Kristallen besteht.Optical amplifier arrangement according to claim 1, characterized in that the gain medium structure consists of at least two crystals. Optische Verstärkeranordnung nach dem Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kristalle rechteckigen oder quadratischen Querschnitt haben.Optical amplifier arrangement according to claim 5, characterized in that the crystals are rectangular or have square cross-section. Optische Verstärkeranordnung nach dem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kristalle elliptischen oder runden Querschnitt haben.Optical amplifier arrangement according to claim 1, characterized in that the crystals are elliptical or have a round cross-section. Optische Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kristalle in wesentlichen parallel und in einer Ebene angeordnet werden.Optical amplifier arrangement according to one of the claims 5 to 7, characterized in that the crystals are substantially be arranged in parallel and in one plane. Optische Verstärkeranordnung nach dem Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Kristalle zwischen zwei gemeinsamen Wärmesenken eingebaut werden.Optical amplifier arrangement according to claim 8, characterized in that the crystals between two common heat sinks to be built in. Optische Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der zu verstärkende Strahl (2) durch die alle Verstärkungsvolumina durchläuft.Optical amplifier arrangement according to one of claims 1 to 9, characterized in that the beam to be amplified ( 2 ) through which all gain volumes pass. Optische Verstärkeranordnung nach dem Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchläufe mittels 90° Dachspiegel (51, 52 53) realisiert werden.Optical amplifier arrangement according to claim 10, characterized in that the passes by means of 90 ° roof mirror ( 51 . 52 53 ) will be realized. Optische Verstärkeranordnung nach dem Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchläufe mittels Dachprismen realisiert werden.Optical amplifier arrangement according to claim 10, characterized in that the passes by means of Roof prisms are realized. Optische Verstärkeranordnung nach dem Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die die Durchläufe mittels eine Anordnung realisert wird, die aus einer Polarisationseinheit (4), die einen Strahlversatz für einen bestimmt polarisierten Strahl verursacht und den Phasenverzögerungsplatten (25, 26) besteht.Optical amplifier arrangement according to claim 10, characterized in that the passes are realized by means of an arrangement consisting of a polarization unit ( 4 ) which causes a beam offset for a particular polarized beam and the phase retardation plates ( 25 . 26 ) consists. Optische Verstärkeranordnung nach dem Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationseinheit (4) ein Strahlversetzer aus einem doppelbrechenden Kristall (61) besteht.Optical amplifier arrangement according to claim 13, characterized in that the polarization unit ( 4 ) a beam displacer made of a birefringent crystal ( 61 ) consists. Optische Verstärkeranordnung nach dem Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationseinheit (4) aus einem Paar doppelbrechenden Prismen (64) besteht.Optical amplifier arrangement according to claim 13, characterized in that the polarization unit ( 4 ) from a pair of birefringent prisms ( 64 ) consists. Optische Verstärkeranordnung nach dem Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationseinheit (4) aus einer Anordnung von Polarisationsstrahlteiler (67) besteht.Optical amplifier arrangement according to claim 13, characterized in that the polarization unit ( 4 ) from an array of polarization beam splitters ( 67 ) consists. Optische Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass ein Nicht-Faraday-Rotator (10), ein Faraday-Rotator (10) und Polarisator (16) zur Vermeidung von Rückreflektion verweden werden.Optical amplifier arrangement according to one of Claims 1 to 16, characterized in that a non-Faraday rotator ( 10 ), a Faraday rotator ( 10 ) and polarizer ( 16 ) to avoid back reflection. Optische Verstärkeranordnung nach dem Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Nicht-Faraday-Rotator (10) eine lambda/2 Phasenverzögerungsplatte ist.Optical amplifier arrangement according to claim 17, characterized in that the non-Faraday rotator ( 10 ) is a lambda / 2 phase retardation plate. Optische Verstärkeranordnung nach dem Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Nicht-Faraday-Rotator (10) ein Quarz-Rotator ist.Optical amplifier arrangement according to claim 17, characterized in that the non-Faraday rotator ( 10 ) is a quartz rotator. Optische Verstärkeranordnung nach dem Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Quarz-Rotator einen in wesentlichen rechteckigen Querschnitt hat.Optical amplifier arrangement according to claim 19, characterized in that the quartz rotator has a substantially rectangular cross-section. Optische Verstärkeranordnung nach dem Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Faraday-Rotator mit einer in wesentlichen rechteckigen Apertur gebildet wird.Optical amplifier arrangement according to claim 17, characterized in that the Faraday rotator is formed with a substantially rectangular aperture. Optische Verstärkeranordnung nach dem Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Faraday-Rotator die Polarisation um 45° dreht.Optical amplifier arrangement according to claim 17, characterized in that the Faraday rotator the polarization rotates 45 °. Optische Verstärkeranordnung nach dem Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Faraday-Rotator in wesentlichen eine rechteckige Apertur hat.Optical amplifier arrangement according to claim 17, characterized in that the Faraday rotator essentially has a rectangular aperture. Optische Verstärkeranordnung nach dem Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Faraday-Rotator mindestens zwei in wesentlichen runden Apeture hat.Optical amplifier arrangement according to claim 17, characterized in that the Faraday rotator has at least two substantially round apetures. Optische Verstärkeranordnung nach dem Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen den benachbarten Aperture dem Abstand zwischen benachbarten Verstärkungsvolumina entspricht.Optical amplifier arrangement according to claim 24, characterized in that the distance between the adjacent aperture corresponds to the distance between adjacent gain volumes. Optische Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass ein integrierter Oszillator/Verstärker durch die Phasenverzögerungsplatte (27) und den Spiegel (29) gebildet wird.Optical amplifier arrangement according to one of Claims 17 to 25, characterized in that an integrated oscillator / amplifier is fed through the phase delay plate (16). 27 ) and the mirror ( 29 ) is formed. Optische Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 17 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass durch die zusätzlichen Spiegel (42) und (43) ein Oszillator mit einem Ringresonator gebildet wird.Optical amplifier arrangement according to one of Claims 17 to 25, characterized in that the additional mirrors ( 42 ) and ( 43 ) an oscillator is formed with a ring resonator. Optische Verstärkeranordnung nach dem Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass durch einen Verwendung eines Modulators der Oszillator gütegeschaltet wird.Optical amplifier arrangement according to claim 26 or 27, characterized in that a use of a modulator of the oscillator Q-switched becomes. Optische Verstärkeranordnung nach dem Anspruch 26 oder 27, dadurch gekennzeichnet, dass durch Verwendung eines sättigbaren Absorbers der Oszillator modegelockt wird.Optical amplifier arrangement according to claim 26 or 27, characterized in that Use of a saturable Absorbers the oscillator is modegelockt. Optische Verstärkeranordnung nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass durch Verwendung eines nichtlinearen Medium die Frequenz des Strahls konvertiert wird.Optical amplifier arrangement according to one of the claims 25 to 29, characterized in that by using a nonlinear Medium, the frequency of the beam is converted.
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