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DE19935631C1 - Ultra-short laser pulse characterisation method uses multi-channel correlation technique with matrix of phase elements for providing Fabry-Perot effect generating characteristic interference rings - Google Patents

Ultra-short laser pulse characterisation method uses multi-channel correlation technique with matrix of phase elements for providing Fabry-Perot effect generating characteristic interference rings

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Publication number
DE19935631C1
DE19935631C1 DE1999135631 DE19935631A DE19935631C1 DE 19935631 C1 DE19935631 C1 DE 19935631C1 DE 1999135631 DE1999135631 DE 1999135631 DE 19935631 A DE19935631 A DE 19935631A DE 19935631 C1 DE19935631 C1 DE 19935631C1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
phase
phase elements
detector
matrix
elements
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
DE1999135631
Other languages
German (de)
Inventor
Ruediger Grunwald
Uwe Griebner
Thomas Elsaesser
Volker Kebbel
W Jueptner
H-J Hartmann
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.)
Forschungsverbund Berlin FVB eV
Original Assignee
Bremer Institut fuer Angewandte Strahltechnik BIAS GmbH
Max Born Institut MBI
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 Bremer Institut fuer Angewandte Strahltechnik BIAS GmbH, Max Born Institut MBI filed Critical Bremer Institut fuer Angewandte Strahltechnik BIAS GmbH
Priority to DE1999135631 priority Critical patent/DE19935631C1/en
Application granted granted Critical
Publication of DE19935631C1 publication Critical patent/DE19935631C1/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01JMEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
    • G01J11/00Measuring the characteristics of individual optical pulses or of optical pulse trains

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Holo Graphy (AREA)

Abstract

The characterisation method uses a multi-channel correlation technique in which parts of the beam are superimposed on themselves via a matrix (2) of phase elements (3a,3b) supported by a transparent substrate, with the phase elements and the substrate having different refractive indices, for total internal reflection within the phase elements for providing a Fabry-Perot effect, generating characteristic interference rings (5). Different phase elements or phase element groups have different phase profiles for multi-channel processing of the beam, with detection of the interference patterns via a detector (7) in the form of a matrix camera. An Independent claim for a device for characterisation of ultra-short laser pulses is also included.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anord­ nung zur zeitlichen Charakterisierung von ultrakurzen Laserimpulsen.The invention relates to a method and an arrangement for the temporal characterization of ultra-short Laser pulses.

Für vielfältige Anwendungsbereiche von Lasern mit ultrakurzen Impulsen wie Materialbearbeitung, Prozeß­ kontrolle, Laserspektroskopie, Medizin, Umweltsensorik und Kommunikation besteht zunehmender Bedarf an zuverlässigen und kompakten Single-Shot-Meßgeräten für die simultane Erfassung der relevanten Parameter der Strahlung. Echtzeit-Diagnostik ist essentiell für die Optimierung von Hochleistungslasersystemen, speziell in Oszillator-Verstärker-Anordnungen mit adaptiver Resona­ toroptik, und die Kontrolle der nichtlinearen Strahl­ propagation in solchen Systemen. Wachsendes Interesse an Ultrakurzzeit-Meßtechnik ist auch in neuen Feldern wie Quantenkontrolle mit lernendem Feedback zu verzeichnen.For a wide range of laser applications ultra-short impulses such as material processing, process control, laser spectroscopy, medicine, environmental sensors and communication is an increasing need reliable and compact single-shot measuring devices for the simultaneous recording of the relevant parameters of the Radiation. Real-time diagnostics is essential for that Optimization of high power laser systems, especially in Oscillator-amplifier arrangements with adaptive resona gate optics, and control of the nonlinear beam propagation in such systems. Growing interest of ultra-short-term measurement technology is also in new fields like quantum control with learning feedback too record.

Phasen- und polarisationsempfindliche Detektion tran­ sienter Prozesse auf der fs-Zeitskala sind in der Halbleitertechnologie wichtig bei der Untersuchung von Quantum Wells für die kohärente Destruktion photoinduzierter Excitonen, den Nachweis von Exciton- Exciton-Wechselwirkungen oder die kohärente Kontrolle von Elektron-LO-Phonon Streuung in Bulk-Halbleitern.Phase and polarization sensitive detection tran Processes on the FS time scale are in the Semiconductor technology important in the study of Quantum wells for coherent destruction  photo-induced excitons, the detection of exciton Exciton interactions or coherent control of electron LO phonon scattering in bulk semiconductors.

Die Abbildung von Objekten in streuenden oder turbu­ lenten Medien mit kurzen Zeittoren ist für Biomedizin und andere Anwendungen essentiell.The illustration of objects in scattered or turbu lent media with short deadlines is for biomedicine and other applications essential.

Nach dem Stand der Technik sind unterschiedliche Verfahren und Anordnungen zur räumlich-zeitlichen Charakterisierung ultrakurzer Laserimpulse bekannt, mit denen Informationen über Phasenkohärenz, Intensitäts­ verlauf und/oder Spektraleigenschaften gewonnen werden können. Nachteilig ist, daß diese Verfahren aufwendig und von begrenzter Zeitauflösung sind und bei manchen Verfahren Folgen gut reproduzierbarer Impulse benötigt werden. Für die Charakterisierung nichtreproduzier­ barer Impulse sowie die Erfassung von Parameterstreu­ ungen sind Single-Shot-Messungen jedoch unerläßlich.The prior art is different Methods and arrangements for spatial-temporal Characterization of ultrashort laser pulses known with which information about phase coherence, intensity course and / or spectral properties can be obtained can. The disadvantage is that these processes are complex and are of limited time resolution and some Procedures follow reproducible impulses needed become. For characterization non-reproducible tangible impulses and the acquisition of parameter accuracy However, single-shot measurements are indispensable.

Die bekannten Meßanordnungen lassen sich in zwei Grundvarianten einteilen, bei denen entweder jeweils zwei Teilstrahlen miteinander kollinear überlagert werden und der optische Weg in einem Arm verändert werden muß (typischerweise nicht für Einzelimpulse geeignet) oder nicht-kollinear (gekreuzt) überlagert werden (für Einzelimpulse geeignet).The known measuring arrangements can be divided into two Classify basic variants, each with either two sub-beams are collinearly superimposed be changed and the optical path in one arm must be (typically not for single pulses suitable) or non-collinear (crossed) superimposed (suitable for single impulses).

Die lineare Überlagerung der Teilstrahlen erbringt eine interferometrische Korrelationsmessung (z. B. der Auto­ korrelationsfunktion erster Ordnung), die eine Aussage über die zeitliche Kohärenz des Laserimpulses liefert. The linear superposition of the partial beams produces one interferometric correlation measurement (e.g. the car first order correlation function), which is a statement delivers on the temporal coherence of the laser pulse.  

Bei Autokorrelationsmessungen mit nichtlinearer Über­ lagerung, d. h. für Mehrphotonenprozesse ausreichender Intensität, werden die Anteile des Laserstrahls sequentiell bzw. simultan in geeigneten Medien über­ lagert und über optisch wirksame nichtlineare Wechsel­ wirkungen wie die Erzeugung der zweiten Harmonischen (SHG), Zweiphotonen-Fluoreszenz (TPF) oder Zweiphotonen-Absorption (TPA) detektiert.For autocorrelation measurements with non-linear over storage, d. H. sufficient for multi-photon processes Intensity, the proportions of the laser beam sequentially or simultaneously in suitable media stores and about optically effective nonlinear changes effects like the generation of the second harmonic (SHG), two-photon fluorescence (TPF) or Two-photon absorption (TPA) detected.

Die Information über die Pulslänge wird sowohl bei der kollinearen als auch bei der nicht-kollinearen Über­ lagerung der Strahlen in eine räumliche Information (Länge einer Wechselwirkungszone oder Weglänge einer Verschiebung) transformiert und optisch oder elektrisch ausgelesen. Bei Kenntnis des kristallspezifischen Parameters χ(2) kann eine auf der SHG basierende Single­ shot- und Ein-Strahl-Methode angewandt werden, die jedoch mit relativ großen Fehlern behaftet ist (30% im ps-Bereich).The information about the pulse length is transformed both in the collinear and in the non-collinear superposition of the beams into spatial information (length of an interaction zone or path length of a shift) and read out optically or electrically. If the crystal-specific parameter χ (2) is known , a single-shot and single-beam method based on the SHG can be used, but it is associated with relatively large errors (30% in the ps range).

Eine komplette Impulscharakterisierung ist mittels aufeinanderfolgender Messungen des Spektrums, der Intensitäts- und Phasenautokorrelation möglich. Bei letzterer wird die Phase sequentiell interferometrisch gemessen, wobei der Bereich der zeitlichen Kohärenz durch Phasenverschiebung zwischen den Impulsen abgetastet wird.A complete impulse characterization is by means of successive measurements of the spectrum, the Intensity and phase autocorrelation possible. At the latter, the phase becomes sequentially interferometric measured, the range of temporal coherence by phase shift between the pulses is scanned.

Aus der DE 39 26 945 A1 ist eine Vorrichtung zum Messen der Dauer einzelner kurzer optischer Strahlungsimpulse mittels Autokorrelation und Zweiphotonenionisation, mit einem als Strahlteilereinrichtung ausgebildeten Mach- Zehnder-Interferometer, bekannt.DE 39 26 945 A1 describes a device for measuring the duration of individual short optical radiation pulses by means of autocorrelation and two-photon ionization, with  a machine designed as a beam splitter device Zehnder interferometer, known.

Die DE 31 08 177 C2 beschreibt ein Verfahren und eine Einrichtung zum Messen der Dauer von, einzelnen kohärenten Strahlungsimpulsen, die jeweils ein kohärentes Strahlungsbündel mit senkrecht zu seiner Fortpflanzungsrichtung verlaufender Wellenfront bilden unter Verwendung eines Beugungsgitters zur Verzögerung der Strahlen des Strahlungsbündels.DE 31 08 177 C2 describes one method and one Device for measuring the duration of, individual coherent radiation pulses, each one coherent radiation beam with perpendicular to it Form the direction of propagation of the wavefront using a diffraction grating for delay the rays of the radiation beam.

Bei einer weiterentwickelten Technik werden reversible optische Transformationen zur Impulsverlängerung ausgenutzt, wobei aus Signal und transformiertem Signal Kreuzkorrelationen ermittelt werden müssen, was analytisch und numerisch erheblichen Aufwand verursacht.With a further developed technology, reversible optical transformations for pulse extension exploited, whereby from signal and transformed signal Cross correlations need to be determined what considerable analytical and numerical effort caused.

Beim sogenannten SPIDER-Verfahren (Spectral Phase Interferometry for Direct Electric-Field Reconstruction of ultrashort optical pulses. - Opt. Lett. 23 (1998), 792-794) wird ein gechirpter Impuls (mit durchlaufender Frequenz) mit einem Paar von nicht-gechirpten Anteilen in einem nichtlinearen Kristall überlagert, wobei Mehrphotonenprozesse ausgenutzt werden (z. B. Upcon­ version oder SHG). Auf diese Weise wird (ähnlich wie bei einem spektralen Shearing Interferometer) ein spektrales Interferogramm erzeugt, wobei keine iterativen Verfahren zur Auswertung gebraucht werden. In the so-called SPIDER method (Spectral Phase Interferometry for Direct Electric-Field Reconstruction of ultrashort optical pulses. - Opt. Lett. 23 ( 1998 ), 792-794), a chirped pulse (with a continuous frequency) is used with a pair of non-chirped ones Shares overlaid in a nonlinear crystal, whereby multi-photon processes are used (e.g. Upcon version or SHG). In this way (similar to a spectral shearing interferometer) a spectral interferogram is generated, whereby no iterative methods are used for the evaluation.

SPIDER, FROG und Interferometrische Autokorrelation (IAC) erreichen im Bereich derzeit kürzester Impulse (um 5 fs) ihre Auflösungsgrenzen.SPIDER, FROG and interferometric autocorrelation (IAC) are currently getting the shortest impulses (around 5 fs) their resolution limits.

Die Einführung einer transversalen Zeitverzögerung in einen Referenzimpuls durch ein Gitter wird in einer weiteren bekannten technischen Lösung zur Impulskorre­ lation verwendet [K. Oba, P.-Ch. Sun, Y. T. Mazurenko, Y. Fainman: Femtosecond Single-Shot Correlation System: A Time-Domain Approach. - Appl. Opt. 38 (1999), 3810- 3817]. Dabei werden Signal und Referenzimpuls in einem nichtlinearen Kristall gemischt, so daß die SHG das Zeitprofil als räumliche Information aufgeprägt bekommt. Dabei ist das Zeitfenster durch Größe der Gitterapertur begrenzt.The introduction of a transverse time delay into a reference pulse through a grating is used in another known technical solution for pulse correction [K. Oba, P.-Ch. Sun, YT Mazurenko, Y. Fainman: Femtosecond Single-Shot Correlation System: A Time-Domain Approach. - Appl. Opt. 38 ( 1999 ), 3810-3817]. The signal and reference pulse are mixed in a nonlinear crystal, so that the SHG receives the time profile as spatial information. The time window is limited by the size of the grating aperture.

Aufgabe der Erfindung, ist es, ein Ver­ fahren und eine Anordnung der eingangs genannten Art zu entwickeln, mit denen die Nachteile des Standes der Technik vermieden werden und mit denen bei einem kompakten Aufbau auf der Basis einer Korrelatortechnik eine Messung des Zeitverlaufs der Intensität mit sehr hoher Zeitauflösung bei Einzelschußbetrieb erzielt wird und auch Informationen über die räumliche oder zeitliche Phasenverteilung des Laserfeldes gewonnen werden.The object of the invention is a Ver drive and develop an arrangement of the type mentioned, with which the Disadvantages of the prior art can be avoided and with those based on a compact structure a correlator technique a measurement of the time course the intensity with very high time resolution Single shot operation is achieved and also information about the spatial or temporal phase distribution of the Laser field can be obtained.

Die Aufgabe der Erfindung wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 und eine Anordnung gemäß Anspruch 13 gelöst.The object of the invention is achieved by a method according to claim 1 and an arrangement according to claim 13 solved.

Verfahren und Anordnung nach der Erfindung sind dadurch gekennzeichnet, daß zur zeitlich aufgelösten Charakte­ risierung von ultrakurzen Laserimpulsen mit einer Mehrkanal-Korrelatortechnik, bei dem eine inter­ ferometrische Überlagerung von Teilen des Strahls mit sich selbst in einer Matrix aus Phasenelementen auf einem transmittierenden Substrat, die einen vom Brechungsindex des Substrats unterschiedlichen Brechungsindex aufweisen, durch Ausnutzung der internen Reflexion in den Phasenelementen und der damit erzielbaren Fabry-Perot-Wirkung in einer Weise vorgenommen wird, daß charakteristische Inter­ ferenzmuster wie Ringe erzeugt werden, die Phasenelemente oder unterschiedliche Gruppen von Phasenelementen jeweils voneinander verschiedene Phasenprofile aufweisen und damit der Impuls in entsprechend vielen Kanälen gleichzeitig auf Interferenzfähigkeit getestet wird, nach Abbildung der Interferenzmuster auf einen als Matrixkamera ausgebildeten Detektor eine elektronische und/oder mathematische Verarbeitung der Interferenzmuster erfolgt und auf diesem Weg Informationen über die Kohärenzlänge oder über den zeitlichen und räumlichen Intensitätsverlauf gewonnen werden.The method and arrangement according to the invention are thereby characterized in that the time-resolved characters of ultra-short laser pulses with a  Multi-channel correlator technology, in which an inter ferometric overlay of parts of the beam with itself in a matrix of phase elements a transmitting substrate, one of the Refractive index of the substrate different Have refractive index by taking advantage of internal Reflection in the phase elements and with it achievable Fabry-Perot effect in a way it is made that characteristic inter reference patterns like rings are created that Phase elements or different groups of Phase elements different from each other Have phase profiles and thus the momentum in correspondingly many channels simultaneously Interference capability is tested, according to the figure Interference pattern on one as a matrix camera trained detector an electronic and / or mathematical processing of the interference pattern takes place and in this way information about the Coherence length or over time and space Intensity course can be obtained.

Eine spezielle Variante des Verfahrens ist dadurch gekennzeichnet, daß eine holografische Überlagerung von Anteilen, die die Phasenelemente und das Substrat durchlaufen haben, mit mittels Strahlteiler abgetrenn­ ten oder neben den Phasenelementen hindurchlaufenden Teilen des Strahls, die jeweils als Referenzanteile dienen, auf einem Detektor oder in einem geeigneten Medium, welches sich direkt vor dem Detektor befindet oder auf diesen abgebildet wird, erfolgt, wobei ein Meßhologramm entsteht, und über geeignete mathematische Prozeduren aus der detektierten Intensitätsverteilung Informationen über die räumliche Verteilung des Wellenfeldes, vorzugsweise über die Phasenverteilung dieses Wellenfeldes, gewonnen werden. Hierbei ist die vorhergehende Eichung mit einer wohldefinierten Referenzwelle, z. B. einer mit einem cw- Laser erzeugten näherungsweise ebenen Welle, erforder­ lich. Das damit generierte Referenzhologramm wird gespeichert und die anschließend im Einzelschußbetrieb bei Verwendung der jeweils zu vermessenden Laserwelle aufgenommenen Meßhologramme mit diesem gespeicherten Referenzhologramm verglichen.This is a special variant of the method characterized in that a holographic overlay of Shares the phase elements and the substrate have passed through, separated with a beam splitter ten or passing alongside the phase elements Divide the beam, each as a reference part serve on a detector or in a suitable Medium that is directly in front of the detector or is mapped on this, with a Measurement hologram arises, and via suitable mathematical procedures from the detected Intensity distribution information about the spatial  Distribution of the wave field, preferably over the Phase distribution of this wave field can be obtained. Here is the previous calibration with a well-defined reference wave, e.g. B. one with a cw Laser generated approximately flat wave, required Lich. The reference hologram generated with this will saved and then in single-shot mode when using the laser wave to be measured in each case recorded holograms with this stored Reference hologram compared.

Die Funktionsweise der aus Phasenelementen gebildeten Matrix (Matrix-Korrelator) kann jeweils linear oder nichtlinear gewählt werden, wobei das Schema im ersten Fall einem interferometrischen Autokorrelator mit spektraler Auflösung entspricht und Daten über die Phasenautokorrelation bzw. die zeitliche Kohärenz liefert, im zweiten Fall dagegen den Zeitverlauf der Intensität. In beiden Fällen erhält man auch eine räumliche Auflösung der gemessenene Parameter oder eines Teils der gemessenen Parameter über den Querschnitt des Impulses.The functioning of those formed from phase elements Matrix (matrix correlator) can be linear or be chosen non-linear, the scheme in the first Case with an interferometric autocorrelator corresponds to spectral resolution and data on the Phase autocorrelation or temporal coherence returns, in the second case, however, the time course of the Intensity. In both cases you also get one spatial resolution of the measured parameters or a part of the measured parameters over the Cross section of the pulse.

Voraussetzung für das Entstehen von Interferenzmustern ist, daß interne Mehrfachreflexionen stattfinden und die Phasenelemente (je nach Oberflächenprofil) wie ortsabhängige Fabry-Pérot-Etalons bzw. Newton- Interferometer wirken. Die Winkelverhältnisse der Strahlverläufe in den Phasenelementen müssen so gewählt werden, daß keine störende Totalreflexion auftritt. Prerequisite for the creation of interference patterns is that multiple internal reflections take place and the phase elements (depending on the surface profile) like location-dependent Fabry-Pérot etalons or Newton Interferometers work. The angular relationships of the Beam courses in the phase elements must be selected in this way be that there is no disruptive total reflection.  

Bei Beleuchtung von auf einem Substrat der Brechzahl n1 aufgebrachten Phasenelementen der Brechzahl n2 mit einer ebenen Welle entstehen auch ohne reflektierende Beschichtungen im Nahfeld hinter den Phasenelementen Interferenzstreifen oder -ringe, wenn sich die Brechzahlen meßbar unterscheiden (z. B. Lack mit einer Brechzahl von 1,7 auf einer Glasplatte mit einer Brechzahl von 1,5) und der optische Weg in den Phasenelementen ortsabhängig variiert, z. B. bei einem Keil, einer prismatischen, sphärischen, parabolischen oder Pyramidenform.When phase elements of refractive index n 2 applied to a substrate of refractive index n 1 are illuminated with a plane wave, interference strips or rings are formed behind the phase elements even in the near field without reflective coatings if the refractive indices differ measurably (e.g. lacquer with a refractive index of 1.7 on a glass plate with a refractive index of 1.5) and the optical path in the phase elements varies depending on the location, e.g. B. with a wedge, a prismatic, spherical, parabolic or pyramid shape.

Vorteil gerader Deckflächen (Keil, Prisma, Pyramide) ist die Möglichkeit, äquidistante Interferenzstreifen generieren zu können. Ist das Substrat hinreichend dick bzw. der Impuls hinreichend kurz, können keine störenden Interferenzen durch das Substrat selbst verursacht werden (dies gilt auch für Abbildungsoptik und Detektorfenster).Advantage of straight top surfaces (wedge, prism, pyramid) is the possibility of equidistant interference fringes to be able to generate. Is the substrate sufficiently thick? or the pulse is short enough, none interfering interference from the substrate itself caused (this also applies to imaging optics and detector window).

Als Phasenelemente des Matrix-Korrelators können Dünnschicht-Mikrolinsen verwendet werden, die mit vorhandenen, in Mikroelektronik und Optik gut etablierten Technologien (Vakuumbedampfung mit Masken [R. Grunwald, S. Woggon, R. Ehlert: Fabrication of thin-film microlens arrays by mask-shaded vacuum deposition. - in: S. Martellucci, A. N. Chester (Eds.): Diffractive Optics and Optical Microsystems. - Plenum Press, New York/London 1997, 169-177.], Ätztechniken, Photolithographie) herstellbar sind. Vorteile sind die geringere Dispersion sowie die Vermeidung der durch Welligkeit des Substrats oder Formabweichungen makroskopischer Komponenten verursachten Fehler, da sich auf der fs-Zeitskala auch kleine ortsabhängige Laufzeitunterschiede, wie sie bei flächiger Detektion über die Strahlquerschnittsfläche unvermeidlich sind, stark bemerkbar machen. Für eine Wellenlänge von 1 µm und eine Brechzahl von 1,5 entspricht eine Toleranz von λ/5 etwa einem Fehler der Zeitauflösung von 1 fs. Bei großen Flächen können weitaus größere Fehler auftreten. Komponenten mit minimal welliger Oberfläche sind kostenaufwendig und müssen aus Gründen der Bearbeitung entsprechende Minimaldicken aufweisen, was wiederum zu Dispersionseffekten führt. Die Aufteilung in kleine Einzel-Phasenelemente bei der Mehrkanal-Verarbeitung (Matrix-Geometrie) legt für jedes Phasenelement separat eine Null-Dicke am Rand fest, die als Bezugsgröße ver­ wendbar ist, so daß die Toleranzen nur über sehr kleine Flächen einzuhalten sind. Durch örtliche Separierung der Phasenelemente können zudem aus den Zwischenräumen bzw. den nicht durch Phasenelemente belegten Zonen des Matrix-Korrelators Referenzsignale für eine digital­ holografische Verarbeitung gewonnen werden.Thin-layer microlenses can be used as phase elements of the matrix correlator, which use existing technologies that are well established in microelectronics and optics (vacuum evaporation with masks [R. Grunwald, S. Woggon, R. Ehlert: Fabrication of thin-film microlens arrays by mask -shaded vacuum deposition. - in: S. Martellucci, AN Chester (Eds.): Diffractive Optics and Optical Microsystems. - Plenum Press, New York / London 1997 , 169-177 .], etching techniques, photolithography). The advantages are the lower dispersion and the avoidance of errors caused by waviness of the substrate or shape deviations of macroscopic components, since small location-dependent transit time differences, which are unavoidable in the case of area detection over the beam cross-sectional area, are also clearly noticeable on the fs time scale. For a wavelength of 1 µm and a refractive index of 1.5, a tolerance of λ / 5 corresponds approximately to a time resolution error of 1 fs. Larger errors can occur with large areas. Components with a minimally wavy surface are costly and must have corresponding minimum thicknesses for processing reasons, which in turn leads to dispersion effects. The division into small individual phase elements in multi-channel processing (matrix geometry) specifies a zero thickness at the edge for each phase element, which can be used as a reference variable, so that the tolerances can only be met over very small areas. By locally separating the phase elements, reference signals for digital holographic processing can also be obtained from the spaces or the zones of the matrix correlator not occupied by phase elements.

Die Phasendifferenz zwischen benachbarten Ringen in einem Interferometer vom Newton-Typ beträgt λ/2. Um Interferenz in einer Struktur der geometrischen Dicke h zu erzielen, muß der optische Weg Δx im Medium der Einzel-Phasenelemente (Brechzahl n2) die Interferenz­ bedingung
The phase difference between adjacent rings in a Newtonian interferometer is λ / 2. In order to achieve interference in a structure with a geometric thickness h, the optical path Δx in the medium of the individual phase elements (refractive index n 2 ) must meet the interference condition

Δx ≧ 2n2h (1)
Δx ≧ 2n 2 h (1)

erfüllen (d. h. es ist mindestens ein Umlauf erforderlich), wobei Δx zugleich mit der Laufzeit Δt über die Lichtgeschwindigkeit c verknüpft ist:
(ie at least one revolution is required), where Δx is also linked to the transit time Δt via the speed of light c:

Δx = cΔt (2)Δx = cΔt (2)

Mit Gl. (1) und Gl. (2) erhält man für eine Impulsdauer von τ die modifizierte Interferenzbedingung
With Eq. ( 1 ) and Eq. ( 2 ) the modified interference condition is obtained for a pulse duration of τ

h ≦ hint = cτ/(2n2) (3)h ≦ h int = cτ / ( 2 n 2 ) (3)

Die Dicke des mikrooptischen Phasenelements darf somit einen Maximalwert hint nicht überschreiten, der durch die kleinste zu messende Impulsdauer τ gegeben ist [vgl. auch: S. A. Akhmanov, V. A. Vysloukh, A. S. Chirkin: Optics of Fentosecond Laser Pulses. - American Institute of Physics, New York 1992, p. 51-53].The thickness of the micro-optical phase element must therefore not exceed a maximum value h int , which is given by the smallest pulse duration τ to be measured [cf. also: SA Akhmanov, VA Vysloukh, AS Chirkin: Optics of Fentosecond Laser Pulses. - American Institute of Physics, New York 1992 , p. 51-53].

Der Phasenhub muß andererseits genügend groß sein, um bei der Wellenlänge λ hinreichend viele, mindestens jedoch zwei Ringe erscheinen zu lassen.On the other hand, the phase shift must be large enough to sufficient at the wavelength λ, at least however, to make two rings appear.

Um Impulsverfälschungen durch das Substrat zu vermeiden (Dispersion, Phasenfehler), muß sich das Substrat auf der dem Detektor zugewandten Seite befinden und eine Abbildung auf den Detektor durch das Substrat hindurch erfolgen.To avoid impulse distortions through the substrate (Dispersion, phase error), the substrate must be on the side facing the detector and one Imaging onto the detector through the substrate respectively.

Bei einer Impulsdauer von 10 fs (für einen chirp-freien bzw. chirp-kompensierten Impuls) und einer Brechzahl von n2 = 1,7 muß demzufolge die Dicke der Mikrooptik näherungsweise < 1 µm betragen. Bei 1 fs reduziert sich die zulässige Dicke auf 100 nm, was technologisch durchaus noch gut beherrscht wird. Bei sehr kurzen Impulsen kommt es allerdings zu einer Beeinträchtigung des Kontrastes durch die spektrale Verbreiterung der Impulse (Quasi-Weißlicht-Ringe), so daß zur Verbesse­ rung der Auflösung spektral selektive Komponenten und/oder nichtlineare Wechselwirkungen ausgenutzt werden müssen. Eine zusätzliche Filterung kann auch durch Ausnutzung spektraler Eigenschaften des Detektors sowie durch geeignete Bildverarbeitungsalgorithmen erfolgen. Die durch Rückwirkung spektral selektiver Meßkomponenten auf den Impuls auftretenden Fehler müssen kompensiert werden.With a pulse duration of 10 fs (for a chirp-free or chirp-compensated pulse) and a refractive index of n 2 = 1.7, the thickness of the micro-optics must therefore be approximately <1 µm. At 1 fs, the permissible thickness is reduced to 100 nm, which is still well mastered technologically. In the case of very short pulses, however, the contrast is impaired by the spectral broadening of the pulses (quasi-white light rings), so that spectrally selective components and / or nonlinear interactions must be used to improve the resolution. Additional filtering can also be carried out by using spectral properties of the detector and by suitable image processing algorithms. The errors that occur due to the action of spectrally selective measuring components on the pulse must be compensated.

Interferenzringe auf der gesamten Fläche der Einzel- Phasenelemente werden für Dicken h beobachtet, die kleiner als die Kohärenzlänge des Impulses sind. Bei Dicken h < hint treten Interferenzen in denjenigen Teilbereichen auf, die dünner als hint sind, z. B. am Rand einer Mikrolinse. Um die daraus resultierende Meßunsicherheit zu vermeiden, kann man einen Matrix- Korrelator verwenden, der aus Phasenelementen derart aufgebaut ist, daß auf unterschiedlich hohen, zylindri­ schen Rumpfteilen jeweils Oberteile mit gleichen Dickenprofilen bzw. gleichen Krümmungen aufgebracht sind.Interference rings on the entire surface of the individual phase elements are observed for thicknesses h which are smaller than the coherence length of the pulse. At thicknesses h <h int , interferences occur in those areas that are thinner than h int , e.g. B. on the edge of a microlens. In order to avoid the resulting measurement uncertainty, a matrix correlator can be used which is constructed from phase elements in such a way that upper parts with the same thickness profiles or the same curvatures are applied to differently high, cylindrical parts of the fuselage.

Damit ist der Phasenhub über die Fläche eines Phasenelements jeweils gleich, die maximale bzw. minimale Dicke variiert jedoch von Phasenelement zu Phasenelement und kann genau auf den zu vermessenden Zeitbereich abgestimmt werden.The phase shift across the surface is thus one Phase element the same, the maximum or  however, minimum thickness varies from phase element to Phase element and can be precisely measured on the Time range can be coordinated.

Beim Design der Phasenelemente und des Abbildungs­ systems ist zu berücksichtigen, daß die Kamera die Interferenzringe auflösen muß. Deshalb dürfen die Einzel-Phasenelemente nicht zu klein sein. Vorteil­ hafterweise wird eine hochauflösende Kamera (kleine Pitches der Pixel) mit und hohem Dynamikbereich (z. B. eine CMOS-Kamera mit logarithmischer Empfindlichkeits­ skala) verwendet.In the design of the phase elements and the illustration systems, it must be taken into account that the camera Interference rings must resolve. Therefore they are allowed to Single phase elements should not be too small. Advantage a high resolution camera (small Pitches of pixels) with and high dynamic range (e.g. a CMOS camera with logarithmic sensitivity scale) used.

An die Skalierung ist die Forderung zu stellen, daß pro Phasenelement hinreichend viele Kamerapixel wirksam werden, um die erforderliche Orts- und Zeitauflösung zu realisieren. Unterstellt man für den Detektor eine Pixelgröße von 5 µm und eine Periode von 10 µm, und nimmt man an, daß zur Auflösung der Ringstrukturen 20 × 20 Pixel pro mikrooptischem Einzel-Phasenelement er­ forderlich sind, so erhält man bei dichter Packung der Phasenelemente und bei einem Strahldurchmesser von 2 mm ohne Strahlaufweitung eine Zahl von 10 × 10 = 100 Phasenelementen bzw. Stufen bei insgesamt 200 × 200 = 40000 Pixeln. Aufgeweitet auf eine Detektorfläche von 10 × 10 mm2 könnten entsprechend 1000 × 1000 = 1 Mio Pixel genutzt werden, wobei dann auf jedes Phasen­ element 100 × 100 Pixel entfallen. Die Abbildungsoptik muß so gewählt sein, daß einerseits die Interferenz­ strukturen gut aufgelöst werden und keine Moiré-Effekte auftreten, andererseits die Schärfentiefe den gesamten wirksamen Dicken- bzw. Phasenhub überstreicht.In terms of scaling, the requirement must be that a sufficient number of camera pixels are effective per phase element in order to achieve the required location and time resolution. Assuming a pixel size of 5 microns and a period of 10 microns for the detector, and assuming that 20 × 20 pixels per micro-optical single phase element are required for the resolution of the ring structures, you get with dense packing of the phase elements and at a beam diameter of 2 mm without beam expansion, a number of 10 × 10 = 100 phase elements or steps with a total of 200 × 200 = 40,000 pixels. Expanded to a detector area of 10 × 10 mm 2 , 1000 × 1000 = 1 million pixels could be used accordingly, with 100 × 100 pixels being then assigned to each phase element. The imaging optics must be selected so that on the one hand the interference structures are resolved well and no moiré effects occur, on the other hand the depth of field sweeps over the entire effective thickness or phase shift.

Bei hinreichend geringer Welligkeit des Substrats und einer guten Kontrolle der Schichtdicke könnte der diskrete Aufbau eines Mehrkanal-Korrelators theoretisch auch durch ein einziges zusammenhängendes makroskopisch dimensioniertes Phasenelement mit ortsvariabler Phase ersetzt werden, dessen Ausdehnung den gesamten Strahl überdeckt, allerdings ist eine derartige Qualität in der Praxis schwer zu erreichen, und die räumliche Auflösung würde verlorengehen.With a sufficiently low waviness of the substrate and a good control of the layer thickness could Theoretically, a discrete structure of a multi-channel correlator even through a single coherent macroscopic dimensioned phase element with variable phase be replaced, the expansion of the entire beam covered, but such a quality is in difficult to achieve in practice, and spatial Dissolution would be lost.

Mit dem hohen Dynamikbereich lassen sich Übersteue­ rungen durch Interferenz-Peaks vermeiden, die sonst optisch oder elektronisch kompensiert werden müßten. Die Kamera sollte einen hohen Füllfaktor aufweisen, allerdings keine integrierten Mikrolinsen und kein dünnes Fenster (bezogen auf die Impulslänge bzw. Kohärenzlänge).With the high dynamic range, oversteer can be achieved Avoid interference from interference peaks that otherwise would have to be compensated optically or electronically. The camera should have a high fill factor, however no integrated microlenses and none thin window (based on the pulse length or Coherence length).

Zur Vermeidung von Impulsverfälschungen ist es zweck­ mäßig, zur Strahlaufweitung ein Spiegelteleskop zu verwenden. Zur nichtlinearen Überlagerung werden entweder nichtlinear-optische Phasenelemente in den Strahlengang eingebracht, die mikrooptischen Elemente des Matrixkorrelators selbst oder das Substrat aus geeigneten nichtlinear-optischen Materialien herge­ stellt oder ein Detektorarray aus einem geeigneten nichtlinear-optischen Material eingesetzt. It is useful to avoid impulse distortions moderately, a mirror telescope for beam expansion use. Become a nonlinear overlay either non-linear optical phase elements in the Beam path introduced, the micro-optical elements of the matrix correlator itself or the substrate suitable nonlinear optical materials provides or a detector array from a suitable non-linear optical material used.  

Durch geeignete Strahlteiler abgetrennte Strahlanteile oder solche Strahlanteile, die Zwischenräume oder Randbereiche des Matrix-Korrelators passieren oder daran vorbeilaufen, können als Referenzsignal für eine holografische Überlagerung verwendet werden, bei der die Auswertung digital (per Computer) erfolgt. Hierbei können über eine Fresnel-Transformation die komplexe Amplitudenverteilung in der Ebene des reellen Bildes bestimmt und über weitere mathematische Prozeduren zusätzliche Informationen, z. B. über die zeitlich integrierte Phasenverteilung, gewonnen werden.Beam components separated by suitable beam splitters or such beam components, the spaces or Edge areas of the matrix correlator pass or past it can be used as a reference signal for a holographic overlay are used in the the evaluation is done digitally (by computer). Here can use a Fresnel transformation to transform the complex Amplitude distribution in the plane of the real image determined and through further mathematical procedures additional information, e.g. B. on the temporal integrated phase distribution.

Eine eindimensionale zeitaufgelöste Phasenmessung ist möglich, wenn mittels einer schnellen Auslenkung (z. B. über Kerr-Effekt) ähnlich der Wirkungsweise spezieller Streak-Kameras das Interferenzmuster auf der Kamera in einer Richtung ausgelenkt wird.A one-dimensional time-resolved phase measurement is possible if a quick deflection (e.g. via Kerr effect) similar to the mode of action more specific Streak cameras in the interference pattern on the camera is deflected in one direction.

Bei polarisierter Strahlung oder polarisations­ sensitiven Komponenten im optischen System (die dann als Analysator wirken) ist zu beachten, daß parasitäre Ringe entstehen können, wenn die durchstrahlten Flächen zu steile Winkel aufweisen, da dann Mikrooptiken in Abhängigkeit von Winkel und Schichtdicke ortsvariable Polarisationseigenschaften aufweisen.With polarized radiation or polarization sensitive components in the optical system (which then act as an analyzer) it should be noted that parasitic Rings can arise when the radiated surfaces Angle too steep, because then micro optics in Location variable depending on angle and layer thickness Have polarization properties.

Störende Einflüsse von Selbstabbildungseffekten (Talbot-Effekt), speziell bei der holografischen Über­ lagerung mit als Referenzstrahl genutzten Strahlan­ teilen aus Zwischenräumen oder Randbereichen, müssen durch geeigneten Aufbau (z. B. Abbildung schräg zur optischen Achse) ausgeschlossen oder herausgefiltert werden.Disruptive influences of self-imaging effects (Talbot effect), especially with the holographic over storage with beam used as reference beam divide from spaces or marginal areas due to a suitable structure (e.g. illustration at an angle to  optical axis) excluded or filtered out become.

Bei Verwendung von abbildenden Mikrooptiken (z. B. Mikrolinsen) können aus der transversalen Auslenkung von deren Foki auch zeitintegrierte (oder, mit einem 1D-Array von Phasenelementen bei Verwendung einer schnellen zusätzlichen Ablenkvorrichtung, in einer Raumrichtung auch zeitlich aufgelöste) Informationen über die Wellenfront gewonnen werden, da der Matrix- Korrelator zugleich als Shack-Hartmann-Sensor arbeitet.When using imaging micro-optics (e.g. Microlenses) can result from the transverse deflection of their foci also time-integrated (or, with a 1D array of phase elements when using a fast additional deflection device, in one Spatial direction also temporally resolved) information over the wavefront because the matrix Correlator also works as a Shack-Hartmann sensor.

Werden transmittierende oder reflektierende Objekte in den Strahl eingebracht, die bei Wechselwirkung mit dem Laserimpuls während des Impulses Änderungen der Phasenverteilung bewirken, können solche Änderungen entweder nach dem besagten Shack-Hartmann-Meßprinzip detektiert oder holografisch unter Verwendung eines Referenzstrahls aufgenomen werden. Wenn bei der holo­ grafischen Messung die Phasenfront durch das Substrat beeinflußt wird, müssen entsprechende Anteile bei der Auswertung abgezogen werden.Are transmitting or reflecting objects in introduced the beam that when interacting with the Laser pulse during the pulse changes the Such changes can cause phase distribution either according to the Shack-Hartmann measurement principle detected or holographically using a Reference beam are recorded. If at holo graphic measurement of the phase front through the substrate is affected, corresponding shares in the Evaluation will be deducted.

Um statistisch relevante Aussagen über Kohärenz, Impulsdauer bzw. Phase oder (als 1D-Schnitte) über deren örtliche Verteilung zu erhalten, können ganze Zeilen und/oder Spalten aus identischen Phasenelementen verwendet werden.To make statistically relevant statements about coherence, Pulse duration or phase or (as 1D cuts) via Whole distribution can be maintained Rows and / or columns from identical phase elements be used.

Verfahren und Anordnung zeichnen sich im Vergleich zum Stand der Technik durch eine hohe erreichbare Zeit­ auflösung sowie einen hohen Grad an Kompaktheit aus.The method and arrangement are distinguished from the State of the art through a long achievable time resolution and a high degree of compactness.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand konkreter Ausführungsbeispiele näher dargestellt. In der zugehörigen Zeichnung zeigen:The invention will become more specific below Embodiments shown in more detail. In the associated drawing show:

Fig. 1 die schematische Darstellung einer Mehrkanal-Korrelator-Anordnung nach der Erfindung mit einem Matrix-Korre­ lator mit individuellen Krümmungs­ profilen der Phasenelemente, Fig. 1 is a schematic representation of a multichannel correlator arrangement lator according to the invention with a matrix Tac with individual curve profiles of the phase elements,

Fig. 2 die schematische Darstellung nach Fig. 1 mit Phasenelementen, die alle einen gleichen Krümmungsradius aufweisen, Fig. 2 shows the schematic representation of FIG. 1 with phase elements, all having a same radius of curvature,

Fig. 3a die schematische Darstellung gemäß Fig. 2 mit einem Strahlteiler und Fig. 3a shows the schematic representation of FIG. 2 with a beam splitter and

Fig. 3b die schematische Darstellung gemäß Fig. 3a mit einem Wellenpaket als einfallender Strahl. FIG. 3b shows the schematic representation of FIG. 3a with a wave packet as an incident beam.

Ausführungsbeispiel 1Embodiment 1

Im Ausführungsbeispiel 1 ist gemäß der Darstellung in Fig. 1 eine erfindungsgemäße Mehrkanal-Korrelator-Anord­ nung, bei der eine optische Interferenz an einem vorzugsweise senkrecht zur optischen Achse in einen einfallenden Strahl 1 eingebrachten Matrix-Korrelator 2, bestehend aus matrixförmig angeordneten, im folgenden auch als Phasenelemente 3 bezeichneten mikrooptischen Einzel-Phasenelementen mit vorzugsweise individuell verschiedenen örtlichen Dicken- bzw. Phasenprofilen, zur zeitlich aufgelösten Charakte­ risierung von ultrakurzen Laserimpulsen mittels interferometrischer Autokorrelation ausgenutzt wird.In embodiment 1, as shown in FIG. 1, a multi-channel correlator arrangement according to the invention in which optical interference on a matrix correlator 2 , which is preferably introduced perpendicularly to the optical axis into an incident beam 1 and consists of a matrix, is shown below also referred to as phase elements 3 , micro-optical single-phase elements with preferably individually different local thickness or phase profiles, for time-resolved characterization of ultrashort laser pulses by means of interferometric autocorrelation.

Die räumliche Ausdehnung des Strahls 1 in Achsen­ richtung wird in der Fig. 1 mit einem Wellenpaket 1a angedeutet, welches schematisiert eine Schnappschuß- Aufnahme zu einem bestimmten Zeitpunkt darstellen soll.The spatial extension of the beam 1 in the direction of the axis is indicated in FIG. 1 with a wave packet 1 a, which is intended to represent a snapshot picture at a specific point in time.

In dieser Anordnung nach Fig. 1 wird als Matrix- Korrelator 2 ein inhomogenes Array aus Dünnschicht- Mikrolinsen 3a verwendet, welche auf einem vorzugsweise planparallelen Substrat 4 durch fotolithografische Strukturierung von Lackschichten oder durch Aufdampfen von dielektrischen Schichten aufgebracht sind. Vorzugs­ weise werden hochbrechende dielektrische Schichten mit guter Haftung und hoher Laserfestigkeit eingesetzt. Die vorzugsweise sphärischen oder parabolischen Mikrolinsen 3a sind separiert aufgedampft, d. h. der Füllfaktor ist deutlich kleiner als 1. Die individuellen Dicken- bzw. Phasenverläufe der als Phasenelemente eingesetzten Mikrolinsen 3a erreichen jeweils am Rand den Wert Null, wobei sich die Krümmungsprofile der Phasenelemente 3a voneinander unterscheiden.In this arrangement according to FIG. 1, an inhomogeneous array of thin-film microlenses 3 a is used as the matrix correlator 2 , which are applied to a preferably plane-parallel substrate 4 by photolithographic structuring of lacquer layers or by vapor deposition of dielectric layers. Highly refractive dielectric layers with good adhesion and high laser strength are preferably used. The preferably spherical or parabolic microlenses 3 a are evaporated separately, ie the fill factor is significantly smaller than 1. The individual thickness or phase profiles of the microlenses 3 a used as phase elements each reach the value zero at the edge, the curvature profiles of the phase elements 3 distinguish a from each other.

Die Substratdicke ist so gewählt, daß im betreffenden Zeitbereich keine störende Interferenz durch das Substrat 4 erzeugt wird. Das Substrat 4 ist zu einem Detektor 7 hin orientiert, weist einen von den Phasenelementen 3a, hier den Mikrolinsen, verschiede­ nen, vorzugsweise geringeren Brechungsindex auf und kann auf der Rückseite breitbandig entspiegelt sein. Die durch lineare Interferenz in den Phasenelementen 3a erzeugten Interferenzringe 5 werden mittels einer Abbildungsoptik (vorzugsweise Mikroskopobjektiv) 6 auf den Detektor 7, vorzugsweise eine CMOS-Matrixkamera hoher Pixeldichte mit hohem Dynamikbereich, abgebildet und auf einem Computer hinsichtlich ihrer Kontrast­ verteilung ausgewertet und liefern Aussagen über die Kohärenzlänge (Phasenkohärenz) der Laserimpulse, im Falle chirpfreier Impulse auch die Impulsdauer. Die Ringabstände der Interferenzringe 5 sind wegen der Linsenform nicht äquidistant.The substrate thickness is selected so that no interfering interference is generated by the substrate 4 in the relevant time range. The substrate 4 is oriented towards a detector 7 , has one of the phase elements 3 a, here the microlenses, various, preferably lower refractive index and can be broadband anti-reflective on the back. The interference rings 5 generated by linear interference in the phase elements 3 a are imaged by means of imaging optics (preferably microscope objective) 6 on the detector 7 , preferably a CMOS matrix camera of high pixel density with a high dynamic range, and evaluated on a computer with regard to their contrast distribution and provide statements about the coherence length (phase coherence) of the laser pulses, in the case of chirp-free pulses also the pulse duration. The ring spacings of the interference rings 5 are not equidistant due to the shape of the lens.

Dem Detektor 7 kann ein Spektralfilter 11 vorgeschaltet werden, das genügend hohe Dicke aufweisen muß, um keine parasitären Interferenzen zu erzeugen.A spectral filter 11 can be connected upstream of the detector 7 , which must have a sufficiently high thickness in order not to produce parasitic interference.

Ausführungsbeispiel 2Embodiment 2

Im Ausführungsbeispiel 2 gemäß der Fig. 2 ist eine Mehrkanal-Korrelator-Anordnung ähnlich wie im Aus­ führungsbeispiel 1 beschrieben, wobei anstelle der am Rand auf Null abfallenden Dicken- bzw. Phasenverläufe der einzelnen Phasenelemente 3b des Matrix-Korrelators 2 bei den hier verwendeten Phasenelementen 3b am Rand ein von Null verschiedener und von Phasenelement 3b zu Phasenelement 3b unterschiedlicher Wert erreicht wird. Die Krümmungsprofile aller Phasenelemente 3b unterein­ ander sind gleich. Die Dicken- bzw. Phasenstufen der Phasenelemente 3b sind hier durch unterschiedlich dicke tragende Unterteile 14 realisiert, auf denen unterein­ ander gleich dicke und gleich gekrümmte Linsenoberteile 15 aufsitzen.In the exemplary embodiment 2 according to FIG. 2, a multi-channel correlator arrangement is similar to that described in exemplary embodiment 1 , wherein instead of the thickness or phase profiles of the individual phase elements 3 b of the matrix correlator 2 falling to zero at the edge in those used here Phase elements 3 b at the edge a value different from zero and different from phase element 3 b to phase element 3 b is achieved. The curvature profiles of all phase elements 3 b among themselves are the same. The thickness or phase steps of the phase elements 3 b are realized here by supporting parts 14 of different thicknesses, on which the same thick and equally curved lens upper parts 15 are seated.

Ausführungsbeispiel 3Embodiment 3

Im Ausführungsbeispiel 3 entsprechend der Darstellung in den Fig. 3a und 3b sind ähnliche Mehrkanal-Korrela­ tor-Anordnungen aufgebaut wie im Ausführungsbeispiel 2. Das optische System wird zunächst mit einer wohldefi­ nierten Phasenverteilung, vorzugsweise einer mit einem cw-Laser erzeugten, in guter Näherung ebenen Welle 1e geeicht (Fig. 3a). Diese Welle 1e wird aufgespalten in einen Referenzanteil, die ebene Referenzwelle 1re, welche mit einem geeigneten Strahlteiler 12 oder aus nicht durchstrahlten Bezirken des Matrix-Korrelators 2 abgetrennt wird, und den durch den Matrix-Korrelator 2 hindurchgelaufenen und auf den Detektor 7 abgebildeten Anteil, die transmittierte ebene Welle 1te, die die Phaseninformation der Phasenelemente 3b und des Substrats 4 trägt. Beide Anteile 1re und 1te werden auf dem Detektor 7 überlagert, wozu im Ausführungsbeispiel ein Umlenkspiegel 13 verwendet wird, und erzeugen ein Referenzhologramm, welches aufgenommen und gespeichert wird. Bei den eigentlichen Messungen mit ultrakurzen Impulsen (Fig. 3b) im Einzelimpulsbetrieb werden dann Teile der Strahlung, die nicht durch den Matrix- Korrelator 2 propagiert werden, als Referenzanteil der Laserwelle 1rl verwendet und mit der transmittierten Laserwelle 1tl, die sowohl die Phaseninformation des Matrix-Korrelators 2 inklusive Substrat 4 als auch die der einfallenden Laserwelle 1 trägt, auf dem Detektor 7 überlagert, wodurch ein Meßhologramm erzeugt wird. Durch vergleichende Auswertung von Meßhologramm und Referenzhologramm werden dann Informationen über die zeitgemittelte räumliche Phasenverteilung gewonnen. Wird zusätzlich ein Phasenobjekt (nicht dargestellt) in den Strahlengang vor dem Matrix-Korrelator 2 gebracht, dessen Phasenverteilung sich während des Laserimpulses ändert, kann dessen zeitgemittelte Phasenänderung mit der gleichen Eichprozedur ebenfalls bestimmt werden. In the embodiment 3 according to the representation in FIGS . 3a and 3b, similar multi-channel correlator arrangements are constructed as in embodiment 2. The optical system is first with a well-defined phase distribution, preferably one generated with a cw laser, in good approximation flat shaft 1 e calibrated ( Fig. 3a). This shaft 1 e is split into a reference portion, the planar reference wave K1, which is separated by a suitable beam splitter 12 or from non-irradiated areas of the matrix-correlator 2, and having passed through the matrix-correlator 2 imaged and the detector 7 Share, the transmitted plane wave 1 te, which carries the phase information of the phase elements 3 b and the substrate 4 . Both components 1 re and 1 te are superimposed on the detector 7 , for which purpose a deflection mirror 13 is used in the exemplary embodiment, and generate a reference hologram which is recorded and stored. In the actual measurements with ultrashort pulses ( FIG. 3b) in single-pulse operation, parts of the radiation which are not propagated by the matrix correlator 2 are then used as the reference portion of the laser wave 1 rl and with the transmitted laser wave 1 tl, which is both the phase information of the matrix correlator 2 including substrate 4 as well as that of the incident laser wave 1 is superimposed on the detector 7 , whereby a measurement hologram is generated. Information about the time-averaged spatial phase distribution is then obtained by comparing the measurement hologram and reference hologram. If a phase object (not shown) is additionally brought into the beam path in front of the matrix correlator 2 , the phase distribution of which changes during the laser pulse, its time-averaged phase change can also be determined using the same calibration procedure.

Ausführungsbeispiel 4Embodiment 4

Ausführungsbeispiel 4 (nicht dargestellt) ist ähnlich aufgebaut wie Ausführungsbeispiel 2, nur daß nichtlinear-optische Phasenelemente verwendet werden, welche aus einem geeigneten Material mit nichtlinear- optischen Eigenschaften bestehen. Es erfolgt eine nichtlineare Überlagerung, bei der anhand von örtlicher Verteilung und Kontrast der Interferenz-Ringe 5 (Fig. 1) auf den zeitlichen Intensitätsverlauf direkt für einzelne Laserimpulse geschlossen werden kann.Embodiment 4 (not shown) is constructed similarly to Embodiment 2, except that nonlinear-optical phase elements are used which consist of a suitable material with non-linear-optical properties. There is a nonlinear overlay, in which the temporal intensity curve for individual laser pulses can be inferred from the local distribution and contrast of the interference rings 5 ( FIG. 1).

Ausführungsbeispiel 5Embodiment 5

Ausführungsbeispiel 5 (nicht dargestellt) ist ähnlich aufgebaut wie Ausführungsbeispiel 2, wobei die mikrooptischen Phasenelemente aus unterschiedlich hohen Quadern oder Zylindern mit aufgesetzten jeweils gleichen Pyramiden oder Kegeln bestehen. Es entstehen anstelle der nicht-äquidistanten Ringe 5 (Fig. 1) entsprechende konzentrische, quadratische oder kreisförmige, äquidistante Streifenmuster. Die Neigungswinkel der Deckflächen der Phasenelemente gegenüber dem Substrat sind so gewählt, daß keine Totalreflexion in den Phasenelementen auftritt.Embodiment 5 (not shown) is constructed similarly to embodiment 2, the micro-optical phase elements consisting of cuboids or cylinders of different heights, each with the same pyramids or cones. Instead of the non-equidistant rings 5 ( FIG. 1), corresponding concentric, square or circular, equidistant stripe patterns are created. The angles of inclination of the top surfaces of the phase elements with respect to the substrate are chosen so that no total reflection occurs in the phase elements.

Ausführungsbeispiel 6Embodiment 6

Ausführungsbeispiel 6 (nicht dargestellt) ist ähnlich aufgebaut wie Ausführungsbeispiel 2, wobei dem Detektor 7 (Fig. 1) ein linearer optischer Prozessor, vorzugs­ weise ein 4-f-System aus Mikrolinsen-Arrays mit einer integrierten Filterebene, vorgeschaltet ist. Indem wesentliche Merkmale der Interferenzmuster in Echtzeit herausgefiltert werden, wird eine Verbesserung und Beschleunigung der Bildverarbeitung bewirkt. Embodiment 6 (not shown) is constructed similarly to embodiment 2, the detector 7 ( FIG. 1) being preceded by a linear optical processor, preferably a 4-f system composed of microlens arrays with an integrated filter level. By filtering out essential features of the interference patterns in real time, the image processing is improved and accelerated.

Ausführungsbeispiel 7Embodiment 7

Ausführungsbeispiel 7 (nicht dargestellt) ist ähnlich aufgebaut wie Ausführungsbeispiel 2, wobei dem Detektor 7 (Fig. 1) ein dispersives Gitter vorgeschaltet ist.Embodiment 7 (not shown) is constructed similarly to embodiment 2, with a dispersive grating connected upstream of the detector 7 ( FIG. 1).

Ausführungsbeispiel 8Embodiment 8

Ausführungsbeispiel 8 (nicht dargestellt) ist ähnlich aufgebaut wie Ausführungsbeispiel 2, wobei die Phasenelemente 3 und damit der Matrix-Korrelator 2 (Fig. 1) ohne Abbildungssystem direkt vor den Pixeln der Kamera aufgebracht sind.Embodiment 8 (not shown) is constructed similarly to embodiment 2, with the phase elements 3 and thus the matrix correlator 2 ( FIG. 1) being applied directly in front of the pixels of the camera without an imaging system.

Ausführungsbeispiel 9Embodiment 9

Ausführungsbeispiel 9 (nicht dargestellt) ist ähnlich aufgebaut wie die Ausführungsbeispiele 3 und 4, wobei eine holografische Überlagerung mit einem Referenz­ strahl nicht (wie bei Ausführungsbeispiel 3) auf dem Detektor, sondern in den aus einem geeigneten nicht­ linear-optischen Material bestehenden Phasenelementen erfolgt, die somit als nichtlineares holografisches Aufzeichnungsmedium dienen.Embodiment 9 (not shown) is similar constructed as the embodiments 3 and 4, wherein a holographic overlay with a reference do not radiate (as in embodiment 3) on the Detector, but in the from a suitable not linear optical material existing phase elements takes place, thus as a non-linear holographic Serve recording medium.

Ausführungsbeispiel 10Embodiment 10

Ausführungsbeispiel 10 (nicht dargestellt) ist ähnlich aufgebaut wie Ausführungsbeispiel 1, wobei als Matrix- Korrelator 2 (Fig. 1) ein elektrisch adressierbarer räumlicher Lichtmodulator (Spatial Light Modulator, SLM) mit steuerbarer Phase der Einzelelemente dient. Embodiment 10 (not shown) is constructed similarly to embodiment 1, with an electrically addressable spatial light modulator (spatial light modulator, SLM) with controllable phase of the individual elements serving as matrix correlator 2 ( FIG. 1).

BezugszeichenlisteReference list

11

einfallender Strahl
incident beam

11

a Wellenpaket
a wave packet

11

re ebene Referenzwelle
re flat reference wave

11

te transmittierte Referenzwelle
te transmitted reference wave

11

rl Referenzanteil der Laserwelle
rl reference portion of the laser wave

11

t1 transmittierte Laserwelle
t1 transmitted laser wave

22nd

Matrix-Korrelator
Matrix correlator

33rd

Phasenelemente
Phase elements

33rd

a Phasenelemente mit unterschiedlicher Krümmung
a phase elements with different curvature

33rd

b Phasenelemente mit gleicher Krümmung
b Phase elements with the same curvature

44th

Substrat
Substrate

55

Interferenzringe
Interference rings

66

Abbildungsoptik
Imaging optics

77

Detektor
detector

88th

Unterteil
Lower part

99

Linsenoberteil
Lens top

1010th

1111

Spektralfilter
Spectral filter

1212th

Strahlteiler
Beam splitter

1313

Umlenkspiegel
Deflecting mirror

Claims (26)

1. Verfahren zur zeitlich aufgelösten Charakte­ risierung von ultrakurzen Laserimpulsen mit einer Mehrkanal-Korrelatortechnik, bei dem eine inter­ ferometrische Überlagerung von Teilen des Strahls (1) mit sich selbst in einer Matrix (2) aus Phasenelementen (3a, 3b) auf einem transmittierenden Substrat (4), die einen vom Brechungsindex des Substrats (4) unterschiedlichen Brechungsindex aufweisen, durch Ausnutzung der internen Reflexion in den Phasenelementen (3a, 3b) und der damit erzielbaren Fabry-Perot-Wirkung in einer Weise vorgenommen wird, daß charakteristische Inter­ ferenzmuster wie Ringe (5) erzeugt werden, die Phasenelemente (3a, 3b) oder unterschiedliche Gruppen von Phasenelementen (3a, 3b) jeweils voneinander verschiedene Phasenprofile aufweisen und damit der Impuls in entsprechend vielen Kanälen gleichzeitig auf Interferenzfähigkeit getestet wird, nach Abbildung der Interferenzmuster auf einen als Matrixkamera ausgebildeten Detektor (7) eine elektronische und/oder mathematische Verarbeitung der Interferenzmuster erfolgt und auf diesem Weg Informationen über die Kohärenzlänge oder über den zeitlichen und räumlichen Intensitätsverlauf gewonnen werden.1. A method for the time-resolved characterization of ultrashort laser pulses using a multi-channel correlator technique, in which an interferometric overlay of parts of the beam ( 1 ) with itself in a matrix ( 2 ) of phase elements ( 3 a, 3 b) on one transmitting substrate ( 4 ), which have a different refractive index from the refractive index of the substrate ( 4 ), by utilizing the internal reflection in the phase elements ( 3 a, 3 b) and the Fabry-Perot effect which can be achieved in such a way that Characteristic inter interference patterns such as rings ( 5 ) are generated, the phase elements ( 3 a, 3 b) or different groups of phase elements ( 3 a, 3 b) each have different phase profiles and thus the pulse is tested simultaneously in corresponding channels for interference capability , after imaging the interference pattern on a detector designed as a matrix camera ( 7 ) an electro African and / or mathematical processing of the interference pattern takes place and in this way information about the coherence length or about the temporal and spatial intensity curve can be obtained. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Detektor (7) oder in einem geeigneten Medium eine holografische Überlagerung eines mittels eines Strahlteilers (12) abgetrennten und die Phasenelemente (3a, 3b) nicht durchlaufenden Teils des Laserstrahls (1), der als Referenzstrahl (1re) dient, mit dem in den Phasenelementen (3a, 3b) auftretenden Interferenzmuster erfolgt und durch Vergleich mit Referenzhologrammen über geeignete mathematische Prozeduren aus der detektierten Intensitätsverteilung Informationen über die räumliche Verteilung des Wellenfeldes, gewonnen werden.2. The method according to claim 1, characterized in that on the detector ( 7 ) or in a suitable medium, a holographic overlay of a separated by means of a beam splitter ( 12 ) and the phase elements ( 3 a, 3 b) non-continuous part of the laser beam ( 1 ), which serves as a reference beam ( 1 right ), with which the interference pattern occurring in the phase elements ( 3 a, 3 b) takes place and information about the spatial distribution of the wave field is obtained from the detected intensity distribution by comparison with reference holograms using suitable mathematical procedures. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenelemente (3a, 3b) zum einfallenden Strahl (1) hin orientiert werden.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the phase elements ( 3 a, 3 b) are oriented towards the incident beam ( 1 ). 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß Phasenelemente (3b) gleicher Krümmung verwendet werden.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized in that phase elements ( 3 b) of the same curvature are used. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß Phasenelemente mit ebenen durchstrahlten Teilflächen und vorzugsweise prismatischer oder Pyramidenform eingesetzt werden, wobei die Neigungswinkel der Teilflächen gegenüber der Substratoberfläche derart gewählt werden, daß keine Totalreflexion auftritt.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that Phase elements with planes irradiated Subareas and preferably prismatic or Pyramid shape are used, the Inclination angle of the partial surfaces in relation to the Substrate surface should be chosen so that none Total reflection occurs. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß dem Detektor (7) zusätzlich spektral selektive Komponenten wie Gitter vorgeschaltet werden. 6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized in that the detector ( 7 ) additionally spectrally selective components such as gratings are connected upstream. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß dem Detektor (7) ein linearer optischer Prozessor vorgeschaltet wird, so daß eine Echtzeit- Bildfilterung durchgeführt und damit eine Verbesserung der Erkennung wesentlicher Merkmale der interferometrisch bzw. holografisch erzeugten Intensitätsmuster erreicht wird.7. The method according to any one of claims 1 to 6, characterized in that the detector ( 7 ) is connected upstream of a linear optical processor, so that real-time image filtering is carried out and thus an improvement in the detection of essential features of the interferometric or holographically generated intensity pattern is achieved becomes. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenelemente (3) oder das sie tragende Substrat (4) oder eine separate optische Komponente vor dem Detektor (7) oder der Detektor (7) selbst derart ausgewählt werden, daß sie nichtlinear­ optische Eigenschaften aufweisen und aus den Interferenzmustern der zeitliche Intensitätsverlauf optisch oder elektrisch über Mehrphotonenprozesse detektiert wird.8. The method according to any one of claims 1 to 7, characterized in that the phase elements ( 3 ) or the substrate ( 4 ) carrying them or a separate optical component in front of the detector ( 7 ) or the detector ( 7 ) itself are selected such that they have non-linear optical properties and the temporal intensity curve is detected optically or electrically from the interference patterns via multiphoton processes. 9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die interferometrische Überlagerung in einem geeigneten nichtlinearen Medium derart durchgeführt wird, daß als auswertbares Signal eine Zwei- Photonen-Fluoreszenz angeregt wird.9. The method according to claim 8, characterized in that the interferometric overlay in one suitable nonlinear medium carried out in this way is that a two- Photon fluorescence is excited. 10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die interferometrische Überlagerung in einem geeigneten nichtlinearen Medium derart durchgeführt wird, daß als auswertbares Signal die zweite Harmonische (SHG) der Laserstrahlung angeregt wird.10. The method according to claim 8, characterized in that the interferometric overlay in one suitable nonlinear medium carried out in this way is that the second signal  Harmonic (SHG) of the laser radiation is excited. 11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur transienten Aufzeichnung des Interferenzmusters ein photorefraktives Medium eingesetzt wird.11. The method according to any one of claims 1 to 10, characterized in that for transient recording of the interference pattern a photorefractive medium is used. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß als Matrix (2) ein Spatial Light Modulator eingesetzt wird, dessen Einzelelemente eine steuerbare Phase aufweisen.12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that a spatial light modulator is used as the matrix ( 2 ), the individual elements of which have a controllable phase. 13. Anordnung zur zeitlich aufgelösten Charakte­ risierung von ultrakurzen Laserimpulsen mit einer Mehrkanal-Korrelatortechnik, bei der in den Laserstrahlengang (1) eine Matrix aus Phasenelementen (3) auf einem transmittierenden Substrat (4) mit einem von dem Brechungsindex der Phasenelemente (3) verschiedenem Brechungsindex eingebracht ist, die Teile des Strahls (1) durch Ausnutzung der internen Reflexion in den Phasenelementen (3) und der damit erzielbaren Fabry-Perot-Wirkung zur interferometrischen Überlagerung mit sich selbst bringt, so daß charakteristische Interferenzmuster wie Ringe (5) erzeugt werden, wobei die Phasenelemente (3) oder unterschiedliche Gruppen von Phasenelementen (3) jeweils voneinander verschiedene Phasenprofile aufweisen, ein geeignetes optisches System (6, 11) zwischen der Matrix aus Phasenelementen (3) und einem als Matrixkamera ausgebildeten Detektor(7) so angeordnet ist, daß die Interferenzmuster auf dem Detektor (7) abgebildet sind und anschließend über eine mit dem Detektor (7) verbundene Verarbeitungs­ einrichtung elektronisch und/oder mathematisch zu Informationen über die Kohärenzlänge oder über den zeitlichen und räumlichen Intensitätsverlauf verarbeitet werden.13. Arrangement for the time-resolved characterization of ultrashort laser pulses using a multi-channel correlator technique, in which in the laser beam path ( 1 ) a matrix of phase elements ( 3 ) on a transmitting substrate ( 4 ) with a different from the refractive index of the phase elements ( 3 ) Refractive index is introduced, the parts of the beam ( 1 ) by utilizing the internal reflection in the phase elements ( 3 ) and the Fabry-Perot effect that can be achieved with it brings about the interferometric superposition with itself, so that characteristic interference patterns such as rings ( 5 ) are generated , whereby the phase elements ( 3 ) or different groups of phase elements ( 3 ) each have different phase profiles, a suitable optical system ( 6 , 11 ) is arranged between the matrix of phase elements ( 3 ) and a detector ( 7 ) designed as a matrix camera that the interference pattern on the detector ( 7 ) map t and are then processed electronically and / or mathematically via a processing device connected to the detector ( 7 ) to provide information about the coherence length or about the temporal and spatial intensity curve. 14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß ein Strahlteiler (12) angeordnet ist, der einen Teil des einfallenden Strahls (1) als Referenz­ strahl (1re) abtrennt, der außerhalb der Phasenelemente (3) als Referenzstrahl (1re) geführt ist und mit dem in den Phasenelementen (3) erzeugten Interferenzmuster zur Überlagerung auf den Detektor (7) geführt ist, wobei ein Vergleich mit Referenzhologrammen erfolgt und über geeignete mathematische Prozeduren aus der detektierten Intensitätsverteilung Informationen über die räumliche Verteilung des Wellenfeldes wie über die Phasenverteilung des Lasers gewonnen werden.14. Arrangement according to claim 13, characterized in that a beam splitter ( 12 ) is arranged which separates a part of the incident beam ( 1 ) as a reference beam ( 1 re), which outside the phase elements ( 3 ) as a reference beam ( 1 re) and with the interference pattern generated in the phase elements ( 3 ) to be superimposed on the detector ( 7 ), a comparison being made with reference holograms and information about the spatial distribution of the wave field as well as the phase distribution from the detected intensity distribution using suitable mathematical procedures of the laser. 15. Anordnung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenelemente (3) zum einfallenden Strahl (1) hin orientiert sind.15. The arrangement according to claim 13 or 14, characterized in that the phase elements ( 3 ) are oriented towards the incident beam ( 1 ). 16. Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenelemente (3b) gleiche Krümmung aufweisen. 16. Arrangement according to one of claims 13 to 15, characterized in that the phase elements ( 3 b) have the same curvature. 17. Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenelemente (3) ebene durchstrahlte Teilflächen und eine prismatische oder eine Pyramidenform aufweisen, wobei die Neigungswinkel der Teilflächen gegenüber der Substratoberfläche gewährleisten, daß keine Totalreflexion auftritt.17. Arrangement according to one of claims 13 to 16, characterized in that the phase elements ( 3 ) plane planar partial areas and have a prismatic or a pyramid shape, wherein the angle of inclination of the partial areas relative to the substrate surface ensure that no total reflection occurs. 18. Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß vor dem Detektor (7) zusätzlich spektral selektive Komponenten wie optische Gitter angeordnet sind.18. Arrangement according to one of claims 13 to 17, characterized in that additionally spectrally selective components such as optical gratings are arranged in front of the detector ( 7 ). 19. Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß als Abbildungsoptik (6) ein geeignetes Mikrolinsen-Array angeordnet ist.19. Arrangement according to one of claims 13 to 17, characterized in that a suitable microlens array is arranged as imaging optics ( 6 ). 20. Anordnung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Phasenelement eine Mikrolinse zugeordnet ist.20. Arrangement according to claim 19, characterized in that a microlens is assigned to each phase element. 21. Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Matrix (2) und dem Detektor (7) ein linearer optischer Prozessor angeordnet ist, so daß eine Echtzeit-Bildfilterung durchgeführt und damit eine Verbesserung der Erkennung wesentlicher Merkmale der interferometrisch bzw. holografisch erzeugten Intensitätsmuster erreicht wird. 21. Arrangement according to one of claims 13 to 18, characterized in that a linear optical processor is arranged between the matrix ( 2 ) and the detector ( 7 ), so that real-time image filtering is carried out and thus an improvement in the detection of essential features of the intensity pattern generated interferometrically or holographically is achieved. 22. Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß die Phasenelemente (3) oder ein sie tragendes Substrat (4) oder eine separate optische Komponente vor dem Detektor (7) oder der Detektor (7) selbst nichtlinear-optische Eigenschaften aufweisen und aus den Interferenzmustern der zeitliche Inten­ sitätsverlauf optisch oder elektrisch über Mehr­ photonenprozesse detektiert wird.22. Arrangement according to one of claims 13 to 21, characterized in that the phase elements ( 3 ) or a substrate ( 4 ) carrying them or a separate optical component in front of the detector ( 7 ) or the detector ( 7 ) itself nonlinear-optical properties have and the interference pattern of the temporal intensity course is optically or electrically detected via multi-photon processes. 23. Anordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die interferometrische Überlagerung in einem geeigneten nichtlinearen Medium derart stattfindet, daß als auswertbares Signal eine Zwei-Photonen- Fluoreszenz entsteht.23. Arrangement according to claim 22, characterized in that the interferometric overlay in one suitable nonlinear medium takes place in such a way that a two-photon Fluorescence arises. 24. Anordnung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die interferometrische Überlagerung in einem geeigneten nichtlinearen Medium derart stattfindet, daß als auswertbares Signal die zweite Harmonische (SHG) der Laserstrahlung entsteht.24. Arrangement according to claim 22, characterized in that the interferometric overlay in one suitable nonlinear medium takes place in such a way that the second harmonic as an evaluable signal (SHG) of the laser radiation. 25. Anordnung nach einem der Ansprüchen 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß zur transienten Aufzeichnung des Interferenzmusters ein photorefraktives Medium dient.25. Arrangement according to one of claims 13 to 22, characterized in that for transient recording of the interference pattern a photorefractive medium is used. 26. Anordnung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß als Matrix (2) ein Spatial Light Modulator dient, dessen Einzelelemente eine steuerbare Phase aufweisen.26. Arrangement according to one of claims 13 to 16, characterized in that a spatial light modulator is used as the matrix ( 2 ), the individual elements of which have a controllable phase.
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