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WO2018091552A1 - Erzeugung von ausgangslaserimpulsen mit einer abstimmbaren zentralwellenlänge - Google Patents

Erzeugung von ausgangslaserimpulsen mit einer abstimmbaren zentralwellenlänge Download PDF

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WO2018091552A1
WO2018091552A1 PCT/EP2017/079363 EP2017079363W WO2018091552A1 WO 2018091552 A1 WO2018091552 A1 WO 2018091552A1 EP 2017079363 W EP2017079363 W EP 2017079363W WO 2018091552 A1 WO2018091552 A1 WO 2018091552A1
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WO
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pulses
pump
optical
pulse
parametric
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PCT/EP2017/079363
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English (en)
French (fr)
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Maximilian Brinkmann
Carsten Fallnich
Tim Hellwig
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.)
Westfaelische Wilhelms Universitaet Muenster
Original Assignee
Westfaelische Wilhelms Universitaet Muenster
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Publication date
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Priority to EP17804133.1A priority patent/EP3542428A1/de
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    • H01S5/062—Arrangements for controlling the laser output parameters, e.g. by operating on the active medium by varying the potential of the electrodes
    • H01S5/06233—Controlling other output parameters than intensity or frequency
    • H01S5/06246—Controlling other output parameters than intensity or frequency controlling the phase

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for generating output laser pulses having a tunable center wavelength and adjustable bandwidth based on parametric amplification.
  • laser systems For many applications in spectroscopy, eg for process monitoring, microscopy or micro spectroscopy, tunable coherent light sources (hereafter referred to as laser systems) are desired ( ⁇ 1 ms) and far (> 2000 cm “1 ) Spectrally very narrow-band pulses for a high resolution ( ⁇ 0.3 THz or 10 cm “1 ) and thus temporally long pulses (> 1.5 ps) or very short pulses ( ⁇ 500 fs) with a broad spectral bandwidth (> 0.8 THz) for have a high peak performance.
  • these laser systems should be as robust as possible. After the construction of a laser system, there should be no adjustment degrees of freedom, such as adjustable mirrors, so that operation can be ensured without any necessary adjustment by the user. In addition, a misalignment due to environmental influences should be avoided.
  • These laser systems should be routinely used in a wide variety of industrial and clinical environments, without the need for special laser knowledge.
  • a combination of a pump laser with an optical parametric oscillator (OPO) or amplifier (OPA) is used to produce ultrashort wavelength tunable wavelength pulses.
  • the pump laser for the OPO or OPA is based on the current state of the art usually on a mode-locked laser oscillator, which generates ultra-short laser pulses at a fixed or tunable wavelength.
  • a pump pulse is converted by parametric generation into two mutually wavelength-shifted pulses, namely a signal pulse and an idler pulse.
  • One of the two generated pulses (Idlerimpuls or signal pulse) is fed back via a resonator, whereby this further serves as a seed impulse (seed pulse) for the parametric amplification.
  • the non-resonant signal pulse / idler pulse is also amplified at the same time, so that this Pulse can be coupled out as an output signal of the laser system.
  • the decoupled pulse is referred to below as the output pulse.
  • wavelength tunable ultrashort pulses with a duration below 500 fs are to be generated
  • these laser systems are always constructed using free-jet technology and are based, for example, on radio frequency technology. often on titanium sapphire lasers.
  • the laser systems used are based either also on free-jet technology or more recently almost completely on fiber optics, e.g. Fiber Optic Parametric Oscillators (FOPO).
  • FOPO Fiber Optic Parametric Oscillators
  • these new, highly detunable FOPOs also require a, albeit small, free-jet component, which requires an adjustment and represents a weak point for a maintenance-free operation.
  • Coherent laser systems with free-jet areas generally have an increased degree of complexity over completely fiber-based building techniques.
  • a greatly increased effort is given by the adjustment, the stabilization of the adjustment and due to mechanical stability requirements of the device housing.
  • robust, maintenance-free laser systems consisting of completely welded glass fiber components are desired.
  • a further disadvantage in the prior art is that it is not possible at all previously available laser systems, either at all or only by a considerable modification of the laser system, to carry out a change from the emission of picosecond pulses to femtosecond pulses.
  • the drawback with the FOPOs known from the prior art is that the selection of the wavelength of the emitted laser radiation in most contexts Due to limitations of the pump lasers, these are limited exclusively to mechanical or thermal tuning mechanisms.
  • the invention is therefore based on the object to provide a laser system which has a reduced complexity, but still has a large tunability of the wavelength, allows rapid switching of the wavelength and allows adjusting the spectral bandwidth of the emitted pulses.
  • this object is achieved in that the tunability of the bandwidth of the output laser pulses, an optical device is provided which is designed so as to influence the spectral phase of the pump pulses in dependence on the phase of Seedimpul- se.
  • the present laser system is preferably based on an electronically controllable pulse generator.
  • This makes it possible to set the output wavelength of the FOPO very fast ( ⁇ 100 ⁇ ) via the electronically selectable repetition rate in combination with a resulting dispersion filtering in the FOPO.
  • This purely electronic detuning mechanism allows the laser system to completely dispense with free jet techniques and the detuning mechanism allows both continuous and discrete, erratic changes in wavelength. The generation of a rapidly changing sequence of pulses with freely selectable wavelengths is thus made possible.
  • the spectral phase of the pump pulses after the pump pulse generation is adapted to the dispersion occurring in the FOPO to control the spectral bandwidth of the signal pulses generated in the FOPO.
  • the influence of the spectral phase results in a temporal change of the instantaneous frequency within an optical pulse. It is therefore essential to influence a resonant seed pulse (modulated in the spectral phase) chirped by the dispersion of the FOPO with a matching chirped pump pulse. Since the instantaneous frequency of the generated signal pulses depends on the instantaneous seed frequency directly at every instant through the spectral distance of the instantaneous pump frequency in parametric amplification, the resulting spectrum of the laser systems can thus be precisely controlled.
  • the spectral phase of the pump pulses is influenced such that the pump pulse in the Wigner representation follows a straight line which has exactly half the slope of the corresponding straight line of the chirped seed pulses in the Wigner representation (for Gaussian).
  • This embodiment allows the generation of very narrow-band output pulses.
  • the chirped pump pulses in the Wigner representation of a straight line with the opposite sign follow the slope of the corresponding straight line of the chirped seed pulses and thus permit generation of particularly broadband output pulses.
  • the central advantage of these embodiments is thus the combination of the fast electronic selectability of the repetition rate of the pump pulses for tuning the wavelength of the FOPO with the control over the spectral content of the generated pulses and the large range of wavelength tunability.
  • the optical device is designed to influence the spectral phase of the pump pulses after the pulse generation.
  • An influence of the spectral phase after the pump pulse generation has the advantage that the optical device for influencing can be changed quickly and is independent of the pulse generator used.
  • the optical device for influencing the spectral phase of the pump pulses in the optical path between the pump pulse generator and fiber-based optical parametric oscillator is arranged.
  • the optical device for influencing the spectral phase of the pump pulses is designed as a passive or active glass fiber in the linear or non-linear regime. Glass fibers can specifically affect the spectral phase be used. In the linear regime, the already existing frequency components are rearranged chronologically, while in the nonlinear regime the self-phase modulation additionally broadens the spectrum, so that the laser pulse receives additional frequency components.
  • the optical device for influencing the spectral phase of the pump pulses is formed as a chirped fiber Bragg grating or long period grating.
  • Fiber Bragg gratings are used inter alia to compensate for chromatic dispersion, e.g. used in telecommunications. In one embodiment of the invention, they can also be used to influence the spectral phase of the pump pulses.
  • the optical device for influencing the spectral phase of the pump pulses is designed as an active component.
  • Active optical components have the advantage that they allow the optical properties to be varied in a flexible manner.
  • the active device is an acousto-optic, programmable, dispersive filter.
  • the advantage of the acousto-optic, programmable, dispersive filters is, in addition to the variability, the possibility of being able to independently influence many dispersion orders.
  • the device is designed to influence the spectral phase of the pump pulses already with the pulse generation.
  • the optical pump pulse generator is designed as a Q-switched laser diode, wherein in a further preferred embodiment form an optical injection synchronization of the laser diode is provided in addition to the Q-switched laser diode.
  • the optical pump pulse generator is implemented as a continuously emitting laser diode and the pump pulses are formed by a subsequent modulation.
  • an amplitude modulation by means of optical-optical modulators is provided.
  • At least one optical amplifier stage is provided in the optical path between the pump pulse generator and the fiber-based optical parametric oscillator.
  • one or more optical amplifier stages may be, for example, ytterbium glass fiber amplifiers.
  • the parametric gain medium has a spectrally wide gain range.
  • a broad effective amplification spectrum has the advantage that the amplification range encompasses the entire output wavelength range at all times, thus enabling fast switching of the output wavelength.
  • the parametric gain medium of the fiber-based optical parametric oscillator has a waveguide dispersion designed as a function of the waveguide length.
  • the parametric gain curve is largely determined by the dispersion of the waveguide, which can be achieved by influencing the dispersion, a broad effective amplification s spectrum.
  • the variation of the waveguide dispersion along the propagation direction of the light is provided by a change in waveguide geometry along the propagation direction of the light.
  • a broad effective gain spectrum is achieved in a preferred embodiment by the variation of the fiber diameter and thus the waveguide dispersion in the amplifier along the propagation direction of the light.
  • this can be achieved by tapering the glass fiber under the action of heat and tensile forces (tapers) prior to incorporation into the FOPO.
  • the change in the waveguide geometry by two or more different, but each constant cross sections of the waveguide along the propagation direction of the light is executed.
  • the change in the waveguide geometry is performed by a continuous change of the cross section along the propagation direction of the light.
  • the parametric amplification is provided by means of photonic crystal fibers.
  • the parametric amplification is provided by means of integrated, parametric, optical amplifier chips.
  • the invention is characterized by a method of generating output laser pulses having a tunable center wavelength based on a parametric gain at which adjustable repetition rate pump pulses are generated which receive pump pulses in a fiber-based optical parametric oscillator with a parametric gain medium , the pumping pulses in one wavelength-shifted Idlerimpuls and a wavelength-shifted signal pulse to be converted by parametric generation, in which the Idlerimpulse or the signal pulses are coupled back via a dispersive resonator, in which the feedback Idlerimpulse or signal pulses are further used as seed pulses for the parametri- see amplification and the the spectral phase of the pump pulses is influenced as a function of the phase of the seed pulses by means of an optical device.
  • Fig. 1 is a construction diagram of an apparatus for generating output laser pulses having a tunable center wavelength based on parametric amplification according to a preferred embodiment of the invention
  • Fig. 2 is a schematic representation of the concept of bandwidth control by influencing the spectral phase of the pump pulses to the dispersion of FOPOs
  • Fig. 3 shows the Wigner representation of a seed pulse and a pump pulse and the resulting output pulse.
  • Fig. 1 shows a construction diagram of an apparatus for generating output laser pulses with a tunable center wavelength 1, based on a parametric gain.
  • the laser pulses are generated in the present embodiment by means of an electronically controllable optical pulse generator 3 with adjustable repetition rate.
  • the pulse generator 3 may be in the simplest embodiment, a Q-switched (English, gain switched) laser diode.
  • the use of additional optical injection seeding of the laser diode or, alternatively, the use of a continuous emitting laser diode is contemplated With the use of a continuous emitting laser diode, the necessary pulses are imparted by subsequent electronically controlled amplitude modulation pulse shaping
  • the wavelength of the electronically controllable optical pulse generator 3 is selected according to the parametric gain curve of the following fiber-based optical parametric oscillator 2, in one embodiment by using GaAs-based laser diodes (US Pat. depending on the resonator design with an emission wavelength between 780 - 1330 nm).
  • optical amplifier stages 7 are used.
  • the amplifier stages 7 are arranged in the optical path between the pump pulse generator and the fiber-based optical parametric oscillator 2.
  • 7 Ytterbium fiber amplifiers are provided as amplifier stages.
  • the chirp and the spectral content of the pump pulses are adapted to the dispersive stretching of the seed pulses in the parametric oscillator 2. Influencing the spectral phase occurs through an optical device 4, wherein the optical device 4 is realized independently of the specific embodiment in Fig. 1 in fiber-coupled and thus adjustmentage-free design.
  • the influencing may be done either before, after or between the amplifier stages 7 or already with the pulse generation.
  • this can be done in one embodiment by the use of passive or active glass fibers in the linear or non-linear regime.
  • the influencing of the spectral phase of the pump pulses can be effected by the use of chirped fiber Bragg or long-period gratings or by the use of active components (eg by an acousto-optic programmable dispersive filter).
  • a pump pulse is converted by parametric generation into an in each case wavelength-shifted idler pulse and signal pulse.
  • One of the two shifted pulses (idler or signal pulse) is fed back via a resonator, which then serves as a seed impulse for the parametric amplification. Since the parametric gain is an energy-conserving process, the non-resonant signal pulse or idler pulse is simultaneously amplified and can be coupled out as the output signal of the laser system.
  • a dispersive element 5 in the resonator in combination with short pump pulses, a dispersive wavelength filter is realized and finely adjusted by the chirp of the pump pulses.
  • FIG. 1 is a dispersive element 5, a long glass fiber, which may be a single-mode fiber in a preferred embodiment, to recognize. Furthermore, FIG. 1 shows the parametric gain in fiber-integrated design by means of a photonic crystal fiber 6 (PCF). In another embodiment, the parametric gain may also be by means of integrated parametric amplifier chips. If necessary, the parametric amplification has to be adapted to realize particularly wide spectral tuning curves of the FOPO. In order to enable a fast switching, the amplification area must at all times cover the entire output wavelength range, and can not be adapted to the desired output wavelength, for example by temperature control.
  • PCF photonic crystal fiber 6
  • the waveguide dispersion in the amplifier is thus affected along the propagation direction of the light by amplifying different wavelengths at different positions in the waveguide.
  • the change in fiber diameter along the length of the fiber can be realized by tapering the glass fiber under the action of heat and tensile forces (tapers) prior to incorporation into the FOPO.
  • the change in diameter may, in a specific embodiment, be limited to two or more different but constant diameters or mean a continuous change in the diameter along the fiber.
  • the dispersion of the amplifier chip can be adjusted by adjusting the geometry of the light-conducting waveguide of the chip. This may also in one specific embodiment be limited to two or more different constant diameters or mean a continuous change in the diameter.
  • the gain profile of the FOPO thereby becomes dependent on the position in the gain medium, and an effectively wider gain profile results in the overall pass through the medium.
  • the amplification range of the idler pulses hitherto covered by the prior art can be extended from 1100 nm to 1600 nm to an effective amplification range of 1100 nm to 1600 nm, which, for example, the application of the output pulses for coherent Raman spectroscopy also for the so-called "CH Stretch range ".
  • Fig. 2 shows a schematic Wigner representation of the concept for the formation of the generated signal pulses.
  • Figure a) shows a schematic Wigner representation of the stretched by dispersion in the resonator seed pulses (seed pulses).
  • seed pulses seed pulses
  • the dispersive stretching of the seed pulses merely gives the possibility of selecting the wavelength of the signal pulses over the time of arrival (given by the repetition rate) of the pump pulses.
  • the generated signal pulses have a reverse chirp to the seed pulses due to energy conservation in parametric amplification.
  • the resulting signal wavelength is given by the frequency spacing between the pump pulse and the seed pulse at that time.
  • Figure b) the possibility of controlling the bandwidth of the emitted signal pulses by influencing the phase (and possibly also the amplitude) of the pump pulses is shown.
  • the exemplary representation of the influence of the spectral phase of Gaussian pump pulses on half of the chirp parameter C of the seed pulses is shown. This influence on the phase leads to bandwidth-limited, narrowband signal pulses, eg for high-resolution spectroscopy.
  • Figure c) shows by way of example the generation of particularly broadband signal pulses, eg for multiphoton microscopy.
  • the pump pulses are generated with a chirp negative relative to the seed pulses.
  • Fig. 3 shows in Figure a) the result of a numerical simulation, the accurate insight on seed pulse and pump pulse in Wigner representation before the amplifier fiber allows. It can be seen that in the preferred embodiment shown the pump pulses follow a straight line with half the slope of the seed pulses. The chirp parameter of the pump pulses used here leads to the generation of narrowband output pulses. In Figure b) the resulting narrowband output pulse can be seen after 30 simulated round trips in the fiber-based parametric oscillator. DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Apparatus for Generating Output Laser Pulses Fiber-based Optical Parametric Oscillator (FOPO) Electronically tunable pulse generator

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Abstract

Bei einer Vorrichtung zum Erzeugen von Ausgangslaserimpulsen mit einer abstimmbaren Zentralwellenlänge (1), basierend auf einer parametrischen Verstärkung soll ein Lasersystem zu Verfügung gestellt werden, das eine verringerte Komplexität aufweist, aber dennoch eine große Abstimmbarkeit der Wellenlänge besitzt, ein schnelles Schalten der Wellenlänge ermöglicht und das Einstellen der spektrale Bandbreite der emittierten Impulse erlaubt. Dies wird dadurch erreicht, dass zur Einstellbarkeit der Bandbreite der Ausgangslaserimpulse eine optische Einrichtung (4) vorgesehen ist, die derart ausgelegt ist, die spektrale Phase der Pumpimpulse in Abhängigkeit der spektralen Phase der Seedimpulse zu beeinflussen. Die Ausgangslaserpulse können von einer gütegeschalteten Laserdiode (3) bereitgestellt werden und ihre Energie kann mittels eines Yb-dotierten Faserverstärkers (7) erhöht werden. Der OPO (2) kann aus einem Faserrring bestehen beinhaltend eine Ein-Modenfaser (5) zur Bereitstellung der gewünschten Dispersion und die parametrische Verstärkung kann in einer photonischen Kristallfaser (6) erfolgen.

Description

Erzeugung von Ausgangslaserimpulsen mit einer abstimmbaren Zentralwellenlänge
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Erzeugung von Ausgangslaserimpulsen mit einer abstimmbaren Zentralwellenlänge und einstellbarer Band- breite, basierend auf einer parametrischen Verstärkung.
Für viele Anwendungen in der Spektroskopie, z.B. zur Prozessüberwachung, der Mikroskopie oder Mikro Spektroskopie sind schnell (< 1 ms) und weit (> 2000 cm"1) abstimmbare kohärente Lichtquellen, im Weiteren als Lasersysteme bezeichnet, gewünscht. Diese Lasersysteme sol- len entweder spektral besonders schmalbandige Impulse für eine hohe Auflösung (< 0.3 THz bzw. 10 cm"1) und damit zeitlich lange Impulse (> 1.5 ps) oder aber besonders kurze Impulse (< 500 fs) mit einer breiten spektralen Bandbreite (> 0.8 THz) für eine hohe Spitzenleistung aufweisen. Zusätzlich sollten diese Lasersysteme so robust wie möglich aufgebaut sein. Nach dem Aufbau eines Lasersystems sollten keine Justage-Freiheitsgrade, wie durch verstellbare Spiegel, mehr existieren, damit der Betrieb ohne jegliche notwendige Justage durch den Nutzer gewährleistet werden kann. Zusätzlich soll damit eine Dejustage durch Umwelteinflüsse vermieden werden. Diese Lasersysteme sollen routinemäßig in unterschiedlichsten industriellen und klinischen Umgebungen eingesetzt werden können, ohne dass spezielle Laserkenntnisse dafür erforderlich sind.
Gewöhnlich wird zur Erzeugung ultrakurzer Lichtimpulse mit verstimmbarer Wellenlänge eine Kombination aus einem Pumplaser mit einem optisch-parametrischen Oszillator (OPO) oder Verstärker (OPA) eingesetzt. Der Pumplaser für den OPO bzw. OPA basiert nach aktuellem Stand der Technik in der Regel auf einem modengekoppelten Laseroszillator, der ultra- kurze Laserimpulse bei einer festen oder verstimmbaren Wellenlänge erzeugt. In einem OPO wird ein Pumpimpuls durch parametrische Erzeugung in zwei zueinander wellenlängenverschobene Impulse, nämlich einen Signalimpuls und einen Idlerimpuls, konvertiert. Einer der beiden erzeugten Impulse (Idlerimpuls oder Signalimpuls) wird über einen Resonator zurückgekoppelt, wodurch dieser im Weiteren als Seedimpuls (Keimimpuls) für die parametrische Verstärkung dient. Da die parametrische Verstärkung ein energieerhaltender Prozess ist, wird gleichzeitig auch der nichtresonante Signalimpuls/Idlerimpuls weiter verstärkt, so dass dieser Impuls als Ausgangssignal des Lasersystems ausgekoppelt werden kann. Der ausgekoppelte Impuls wird im Folgenden als Ausgangsimpuls bezeichnet.
Wenn wellenlängenabstimmbare, ultrakurze Impulse mit einer Dauer unter 500 fs (breites Spektrum) erzeugt werden sollen, sind diese Lasersysteme immer in Freistrahltechnik aufgebaut und basieren z.B. häufig auf Titan- Saphir-Lasern. Wenn ultrakurze Impulse mit einer Dauer im Piko Sekundenbereich (schmalbandiges Spektrum) erzeugt werden sollen, basieren die verwendeten Lasersysteme entweder ebenfalls auf Freistrahltechnik oder neuerdings fast vollständig auf Faseroptiken, z.B. faseroptisch parametrische Oszillatoren (FOPO). Allerdings benötigen auch diese neuen, weit verstimmbaren FOPOs noch einen, wenn auch geringen, Freistrahlanteil, der eine Justage erfordert und eine Schwachstelle für einen wartungsfreien Betrieb darstellt.
Kohärente Lasersysteme mit Freistrahlbereichen weisen generell einen erhöhten Grad an Komplexität gegenüber vollständig glasfaserbasierten Aufbautechniken auf. Außerdem ist ein stark erhöhter Aufwand durch die Justage, die Stabilisierung der Justage sowie aufgrund mechanischer Stabilitätsanforderungen an das Gerätegehäuse gegeben. Für eine weite Verbreitung und Anwendung solcher Lasersysteme sind aber robuste, wartungsfreie Lasersysteme bestehend aus komplett angeschweißten Glasfaserkomponenten gewünscht.
Ein weiterer Nachteil im Stand der Technik ist, dass es bei allen bisher verfügbaren Lasersystemen entweder gar nicht oder nur durch einen erheblichen Umbau des Lasersystems möglich ist, einen Wechsel von der Emission von Pikosekundenimpulsen zu Femtosekundenimpulsen zu vollziehen. Ein einfacher Wechsel von einem Femtosekunden-Betrieb zu einem Pikose- kunden-Betrieb, z.B. durch den Austausch von einzelnen Modulen, der vielfältige Vorteile für Produktion und Anwendung solcher Lasersysteme mit sich bringen würde, ist bisher nicht möglich. Außerdem besteht der Nachteil bei den aus dem Stand der Technik bekannten FOPOs, dass die Auswahl der Wellenlänge der emittierten Laserstrahlung bei den meisten Kon- zepten aufgrund von Limitierungen der Pumplaser ausschließlich auf mechanische oder thermische Durchstimmmechanismen beschränkt ist. Aufgrund von Massenträgheit oder Temperaturträgheit sind diese Mechanismen aber prinzipbedingt langsam (> 1 ms pro Wellenlängenschritt) und erlauben darüber hinaus nur eine kontinuierliche Verstimmung der Wellenlänge. Die für Anwendungen z.B. in der Spektroskopie oder für Pump-Probe Experimente gewünschte Erzeugung einer schnell wechselnden (< 100 μβ) Folge von Impulsen mit frei wählbaren Wellenlängen ist dadurch nur schwierig oder gar nicht realisierbar.
Komplett auf Faseroptik basierende FOPOs, die elektronisch über die Wahl der Repetitions- rate des Pumplasers abgestimmt werden können, sind frei von den oben genannten Nachteilen. Die aus dem Stand der Technik bekannten FOPOs sind jedoch beschränkt bezüglich der freien Gestaltung der spektralen Bandbreiten der emittierten Impulse. Insbesondere Impulse mit sehr breiten Spektren, also zeitlich sehr kurze Impulse, können aufgrund einer geringen Verstärkungsbandbreite der Verstärkungsmedien und faserbedingten Dispersions- effekten bisher nicht erzeugt werden. Eine Impulserzeugung mit einer Dauer < 500 fs ist beispielsweise bisher nur in Lasersystemen gelungen, die zwar eine Glasfaser als Verstärkungsmedium nutzten, aber davon abgesehen zur Vermeidung zusätzlicher Dispersion komplett in Freistrahloptik aufgebaut worden sind. Ein Wechsel von einem Femto Sekunden- Betrieb zu einem Pikosekunden-Betrieb ist darüber hinaus gar nicht oder nur durch einen er- heblichen Umbau des Lasersystems möglich.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Lasersystem zu Verfügung zu stellen, das eine verringerte Komplexität aufweist, aber dennoch eine große Abstimmbarkeit der Wellenlänge besitzt, ein schnelles Schalten der Wellenlänge ermöglicht und das Einstellen der spektralen Bandbreite der emittierten Impulse erlaubt.
Bei einer Vorrichtung zum Erzeugen von Ausgangslaserimpulsen mit einer abstimmbaren Zentralwellenlänge, basierend auf einer parametrischen Verstärkung der eingangs beschriebe- nen Art, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zur Einstellbarkeit der Bandbreite der Ausgangslaserimpulse eine optische Einrichtung vorgesehen ist, die derart ausgelegt ist, die spektrale Phase der Pumpimpulse in Abhängigkeit der Phase der Seedimpul- se zu beeinflussen.
Im Gegensatz zu den aus dem Stand der Technik bekannten Lasersystemen, die auf komplexen Laseroszillatoren als Pumplaser für OPOs aufbauen, basiert das vorliegende Lasersystem vorzugsweise auf einem elektronisch steuerbaren Impulsgenerator. Dadurch wird es möglich, über die elektronisch wählbare Repetitionsrate in Kombination mit einer resultierenden Dis- persionsfilterung im FOPO sehr schnell (< 100 μβ) die Ausgangswellenlänge des FOPOs einzustellen. Durch diesen rein elektronischen Verstimmungsmechanismus kann das Lasersystem zusätzlich komplett auf Freistrahltechniken verzichten und der Verstimmungsmechanismus erlaubt sowohl kontinuierliche als auch diskrete, sprunghafte Änderungen der Wellenlänge. Die Erzeugung einer schnell wechselnden Folge von Impulsen mit frei wählbaren Wel- lenlängen wird damit ermöglicht.
Dabei wird die spektrale Phase der Pumpimpulse nach der Pumpimpulserzeugung auf die im FOPO auftretende Dispersion zur Kontrolle der spektralen Bandbreite der im FOPO erzeugten Signalimpulse angepasst. Die Beeinflussung der spektralen Phase resultiert in einer zeitli- chen Änderung der momentanen Frequenz innerhalb eines optischen Impulses. Wesentlich ist somit die Beeinflussung eines durch die Dispersion des FOPOs gechirpten (in der spektralen Phase modulierten) resonanten Seedimpulses mit einem dazu passenden gechirpten Pumpimpuls. Da bei der parametrischen Verstärkung die instantane Frequenz der erzeugten Signalimpulse zu jedem Zeitpunkt direkt durch den spektralen Abstand der instantanen Pumpfrequenz von der instantanen Seedfrequenz abhängt, lässt sich somit das resultierende Spektrum der Lasersysteme genau steuern. In einer bevorzugten Ausführungsform wird die spektrale Phase der Pumpimpulse so beein- flusst, dass der Pumpimpuls in der Wigner-Darstellung einer Geraden folgt, die genau die Hälfte der Steigung der entsprechenden Geraden der gechirpten Seedimpulse in der Wigner- Darstellung aufweist (für Gauß-förmige Impulse ist damit auch der sogenannte Chirpparame- ter Ci der Pumpimpulse näherungsweise halb so groß wie der Chirpparamter C2 der Seedim- pulse: Ci = 0.5 * sqrt[C2 -3]). Diese Ausführungsform erlaubt die Erzeugung besonders schmalbandiger Ausgangsimpulse. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform folgen die gechirpten Pumpimpulse in der Wigner-Darstellung einer Geraden mit umgekehrten Vorzeichen zu der Steigung der entsprechenden Geraden der gechirpten Seedimpulse und erlau- ben somit eine Erzeugung besonders breitbandiger Ausgangsimpulse. Zentraler Vorteil dieser Ausgestaltungen ist somit die Kombination der schnellen elektronischen Wählbarkeit der Re- petitionsrate der Pumpimpulse zur Abstimmung der Wellenlänge des FOPOs mit der Kontrolle über den spektralen Inhalt der erzeugten Impulse und den großen Bereich der Wellenlän- genabstimmbarkeit.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die optische Einrichtung derart ausgestaltet, die spektrale Phase der Pumpimpulse nach der Impulserzeugung zu beeinflussen. Eine Beeinflussung der spektralen Phase nach der Pumpimpulserzeugung hat den Vorteil, dass die optische Einrichtung zur Beeinflussung schnell gewechselt werden kann und unabhängig vom verwendeten Impulsgenerator ist.
Bevorzugt ist in einer Ausgestaltung der Erfindung die optische Einrichtung zur Beeinflussung der spektralen Phase der Pumpimpulse im optischen Weg zwischen Pumpimpulsgenerator und faserbasiertem optisch parametrischen Oszillator angeordnet.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die optische Einrichtung zur Beeinflussung der spektralen Phase der Pumpimpulse als passive oder aktive Glasfaser im linearen oder nichtlinearen Regime ausgebildet. Glasfasern können gezielt zur Beeinflussung der spektralen Phase eingesetzt werden. Dabei werden im linearen Regime die bereits bestehenden Frequenzanteile zeitlich neu geordnet, während im nichtlinearen Regime durch die Selbstphasenmodulation zusätzlich eine Verbreiterung des Spektrums erreicht wird, der Laserimpuls also zusätzliche Frequenzkomponenten erhält.
Weiterhin ist in einer Ausführungsform der Erfindung die optische Einrichtung zur Beeinflussung der spektralen Phase der Pumpimpulse als gechirptes Faser-Bragg-Gitter oder langperiodisches Gitter ausgebildet. Faser-Bragg-Gitter werden unter anderem zur Kompensation chromatischer Dispersion, z.B. in der Telekommunikation, eingesetzt. In einer Ausführungs- form der Erfindung können sie auch zur Beeinflussung der spektralen Phase der Pumpimpulse eingesetzt werden.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die optische Einrichtung zur Beeinflussung der spektralen Phase der Pumpimpulse als aktives Bauelement ausgebildet. Aktive opti- sehe Bauelemente besitzen den Vorteil, dass durch sie die optischen Eigenschaften auf flexible Weise variiert werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das aktive Bauelement ein akustooptisches, programmierbares, dispersives Filter. Der Vorteil der akustooptischen, programmierbaren, dis- persiven Filter besteht neben der Variabilität in der Möglichkeit, viele Dispersionsordnungen unabhängig beeinflussen zu können.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die Vorrichtung ausgelegt die spektrale Phase der Pumpimpulse bereits mit der Impulserzeugung zu beeinflussen.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der optische Pumpimpulsgenerator als gütegeschaltete Laserdiode ausgeführt, wobei in einer weiteren bevorzugten Ausführungs- form zusätzlich zur gütegeschalteten Laserdiode eine optische Injektionssynchronisierung der Laserdiode vorgesehen ist.
In einer Ausführungsform ist der optische Pumpimpulsgenerator als kontinuierlich emittierende Laserdiode ausgeführt und die Pumpimpulse werden durch eine nachfolgende Modulation gebildet.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist eine Amplitudenmodulation mittels elekt- ro-optischen Modulatoren vorgesehen.
In einer Ausführungsform ist im optischen Weg zwischen Pumpimpulsgenerator und faserbasiertem optisch parametrischen Oszillator wenigstens eine optische Verstärkerstufe vorgesehen. Zur Leistungsskalierung der Pumpstrahlung ist es vorteilhaft, eine oder mehrere optische Verstärkerstufen einzusetzen. Diese können beispielsweise Ytterbium-Glasfaserverstärker sein.
Vorzugsweise weist das parametrische Verstärkungsmedium einen spektral breiten Verstärkungsbereich auf. Ein breites effektives Verstärkung sspektrum hat den Vorteil, dass der Verstärkung sbereich zu jeder Zeit den gesamten Ausgangswellenlängenbereich umfasst und damit ein schnelles Schalten der Ausgangswellenlänge ermöglicht wird. Auf eine aufwendige Anpassung an die gewünschte Ausgangswellenlänge, etwa durch Anpassen der Phasenanpassung sbedingung durch Temperaturänderung, kann damit verzichtet werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist das parametrische Verstärkungsmedium des faserbasierten optisch parametrischen Oszillators eine Wellenleiterdispersion auf, die als eine Funktion der Länge des Wellenleiters ausgelegt ist. Die parametrische Verstärkungskurve wird maßgeblich durch die Dispersion des Wellenleiters bestimmt, wobei durch Beeinflussung der Dispersion ein breites effektives Verstärkung sspektrum erreicht werden kann. Vorteilhafterweise ist die Veränderung der Wellenleiterdispersion entlang der Ausbreitungsrichtung des Lichtes durch eine Änderung der Wellenleitergeometrie entlang der Ausbreitung srichtung des Lichtes vorgesehen. Ein breites effektives Verstärkungsspektrum wird in einer bevorzugten Ausführungsform durch die Variation des Faserdurchmessers und damit der Wellenleiterdispersion in dem Verstärker entlang der Ausbreitungsrichtung des Lichtes erreicht. Bevorzugt kann dies durch Verjüngen der Glasfaser unter Einwirkung von Hitze und Zugkräften (Tapern) vor Einbau in den FOPO erreicht werden. In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Veränderung der Wellenleitergeometrie durch zwei oder mehr unterschiedliche, aber jeweils konstante Querschnitte des Wellenleiters entlang der Ausbreitungsrichtung des Lichtes ausgeführt.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Veränderung der Wel- lenleitergeometrie durch eine kontinuierliche Änderung des Querschnittes entlang der Ausbreitung srichtung des Lichtes ausgeführt.
In einer Ausführungsform der Erfindung ist die parametrische Verstärkung mittels photonischer Kristallfasern vorgesehen.
In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist die parametrische Verstärkung mittels integrierter, parametrischer, optischer Verstärkerchips vorgesehen.
Schließlich zeichnet sich die Erfindung noch durch ein Verfahren zur Erzeugung von Aus- gangslaserimpulsen mit einer abstimmbaren Zentralwellenlänge aus, basierend auf einer parametrischen Verstärkung, bei welchem Pumpimpulse mit einstellbarer Repetitionsrate erzeugt werden, die Pumpimpulse in einem faserbasierten optisch parametrischen Oszillator mit einem parametrischen Verstärkungsmedium empfangen werden, die Pumpimpulse in einen wellenlängenverschobenen Idlerimpuls und einen dazu wellenlängenverschobenen Signalimpuls durch parametrische Erzeugung konvertiert werden, bei dem die Idlerimpulse oder die Signalimpulse über einen dispersiven Resonator zurückgekoppelt werden, bei dem die rückgekoppelten Idlerimpulse bzw. Signalimpulse im Weiteren als Seedimpulse für die parametri- sehe Verstärkung verwendet werden und bei dem die spektrale Phase der Pumpimpulse in Abhängigkeit der Phase der Seedimpulse mittels einer optischen Einrichtung beeinflusst wird.
Die vorgenannten sowie beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Form, Gestaltung, Ma- terialauswahl und technischen Konzeptionen keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der zugehörigen Zeichnungen, in der - beispielhaft - ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt ist.
Es zeigen:
Fig. 1 ein Aufbauschema einer Vorrichtung zum Erzeugen von Ausgangslaserimpulsen mit einer abstimmbaren Zentralwellenlänge, basierend auf einer parametrischen Verstärkung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung, Fig. 2 eine schematische Darstellung des Konzepts der Bandbreitenkontrolle über die Beeinflussung der spektralen Phase der Pumpimpulse an die Dispersion des FOPOs und Fig. 3 die Wigner-Darstellung eines Seedimpulses sowie eines Pumpimpulses und dem daraus resultierenden Ausgangsimpulses.
Fig. 1 zeigt ein Aufbauschema einer Vorrichtung zum Erzeugen von Ausgangslaserimpulsen mit einer abstimmbaren Zentralwellenlänge 1, basierend auf einer parametrischen Verstärkung. Die Laserimpulse werden im vorliegenden Ausführungsbeispiel mittels eines elektronisch steuerbaren, optischen Impulsgenerators 3 mit einstellbarer Repetitionsrate erzeugt. Der Impulsgenerator 3 kann in einfachster Ausführung eine gütegeschaltete (engl, gain switched) Laserdiode sein. Falls eine bessere Amplitudenstabilität des Lasersystems gefordert ist, ist die Verwendung von zusätzlichem optischen„injection seeding" der Laserdiode oder alternativ die Verwendung einer kontinuierlich emittierenden Laserdiode vorgesehen. Bei der Verwendung einer kontinuierlich emittierenden Laserdiode werden die notwendigen Impulse durch nachfolgende, elektronisch gesteuerte Impulsbildung durch Amplitudenmodulation in einer bevorzugten Ausführung basierend auf einem elektro-optischen Modulator erzeugt. Die Wel- lenlänge des elektronisch steuerbaren, optischen Impulsgenerators 3 wird passend zur verwendeten parametrischen Verstärkungskurve des nachfolgenden faserbasierten optisch parametrischen Oszillators 2 ausgewählt, in einem Ausführungsbeispiel durch Verwendung von GaAs-basierten Laserdioden (je nach Resonatordesign mit einer Emissionswellenlängen zwischen 780 - 1330 nm).
Zur Leistungsskalierung der Pumpstrahlung ist in einer Ausführungsform vorgesehen, dass ein bis mehrere optische Verstärkerstufen 7 eingesetzt werden. Die Verstärkerstufen 7 werden im optischen Weg zwischen Pumpimpulsgenerator und faserbasiertem optisch parametrischen Oszillator 2 angeordnet. In der in Fig. 1 gezeigten Ausführungsform der Erfindung, sind als Verstärkerstufen 7 Ytterbium-Glasfaserverstärker vorgesehen. Zur Kontrolle der spektralen Bandbreite der wellenlängendurchstimmbaren emittierten Impulse des Lasersystems 1 werden der Chirp und der spektrale Inhalt der Pumpimpulse an die dispersive Streckung der Seedim- pulse im parametrischen Oszillator 2 angepasst. Die Beeinflussung der spektralen Phase ge- schieht durch eine optische Einrichtung 4, wobei die optische Einrichtung 4 unabhängig von der konkreten Ausführung in Fig. 1 in fasergekoppelter und damit justagefreier Bauweise realisiert ist. In einem Ausführungsbeispiel kann die Beeinflussung entweder vor, nach oder zwischen den Verstärkerstufen 7 oder bereits mit der Impulserzeugung geschehen. Bei Beeinflussung nach der Impulserzeugung kann dies in einer Ausführung durch die Verwendung passiver oder aktiver Glasfasern im linearen oder nichtlinearen Regime erfolgen. In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann die Beeinflussung der spektralen Phase der Pumpimpulse durch die Ver- wendung von gechirpten Faser-Bragg- oder langperiodischen Gittern oder durch die Verwendung von aktiven Bauelementen (z.B. durch ein akustooptisches programmierbares dispersi- ves Filter) erfolgen.
Im nachfolgenden faserintegrierten optisch parametrischen Oszillator 2 wird ein Pumpimpuls durch parametrische Erzeugung in einen jeweils wellenlängenverschobenen Idlerimpuls und Signalimpuls konvertiert. Einer der beiden verschobenen Impulse (Idler- bzw. Signalimpuls) wird über einen Resonator zurückgekoppelt, wodurch dieser im Weiteren als Seedimpuls für die parametrische Verstärkung dient. Da die parametrische Verstärkung ein energieerhaltender Prozess ist, wird gleichzeitig der nichtresonante Signalimpuls bzw. Idlerimpuls verstärkt und kann als Ausgangssignal des Lasersystems ausgekoppelt werden. Durch Verwendung eines dispersiven Elementes 5 im Resonator in Kombination mit kurzen Pumpimpulsen wird ein dispersives Wellenlängenfilter realisiert und durch den Chirp der Pumpimpulse fein eingestellt. In Fig. 1 ist als dispersives Element 5 eine lange Glasfaser, die in einer bevorzugten Ausführungsform eine Monomodefaser sein kann, zu erkennen. Weiter wird in Fig. 1 die parametrische Verstärkung in faserintegrierbarer Bauweise mittels einer photonischen Kristallfaser 6 (PCF) gezeigt. In einer weiteren Ausführungsform kann die parametrische Verstärkung auch mittels integrierter parametrischer Verstärkerchips erfolgen. Für die Realisierung besonders breiter spektraler Abstimmkurven des FOPOs muss die parametrische Verstärkung ggf. ange- passt werden. Um ein schnelles Schalten zu ermöglichen, muss der Verstärkungsbereich zu jeder Zeit den gesamten Ausgangswellenlängenbereich umfassen, und kann nicht etwa durch Temperaturregelung erst an die gewünschte Ausgangswellenlänge angepasst werden.
Da die parametrische Verstärkungskurve maßgeblich durch die Dispersion des Wellenleiters bestimmt wird, kann ein breites effektives Verstärkung sspektrum durch Variation des Faserdurchmessers erreicht werden. Die Wellenleiterdispersion in dem Verstärker wird damit ent- lang der Ausbreitungsrichtung des Lichtes beeinflusst, indem unterschiedliche Wellenlängen an unterschiedlichen Positionen in dem Wellenleiter verstärkt werden. Die Veränderung des Faserdurchmessers entlang der Länge der Faser kann durch Verjüngen der Glasfaser unter Einwirkung von Hitze und Zugkräften (Tapern) vor Einbau in den FOPO realisiert werden. Die Veränderung des Durchmessers kann sich in einer speziellen Ausführung auf zwei oder mehrere unterschiedliche, aber jeweils konstante Durchmesser beschränken oder eine kontinuierliche Veränderung des Durchmessers entlang der Faser bedeuten.
Im Falle der Realisierung der Verstärkung über integrierte optische Chips kann die Dispersion des Verstärkerchips durch Anpassen der Geometrie des lichtleitenden Wellenleiters des Chips angepasst werden. Dies kann ebenfalls in einer speziellen Ausführung sich auf zwei oder mehr unterschiedliche konstante Durchmesser beschränken oder eine kontinuierliche Veränderung des Durchmessers bedeuten. Das Verstärkungsprofil des FOPOs wird hierdurch abhängig von der Position im Verstärkungsmedium, und es ergibt sich ein effektiv breiteres Verstärkungsprofil beim Gesamtdurchlauf durch das Medium. Beispielsweise kann so der bisher vom Stand der Technik abgedeckte Verstärkungsbereich der Idlerimpulse von 1100 nm - 1300 nm auf einen effektiven Verstärkungsbereich von 1100 nm - 1600 nm erweitert werden, welches beispielsweise die Anwendung der Ausgangsimpulse für die kohärente Raman- spektroskopie auch für den sogenannten„CH-Streck-Bereich" ermöglichen würde. Fig. 2 zeigt eine schematische Wigner-Darstellung des Konzepts zur Bildung der erzeugten Signalimpulse. Dabei zeigt Abbildung a) eine schematische Wigner-Darstellung der durch Dispersion im Resonator gestreckten Seedimpulse (Keimimpulse). Bei nicht beeinflussten, z.B. bandbreitenbegrenzten Pumpimpulsen bewirkt die dispersive Streckung der Seedimpulse lediglich die Möglichkeit der Auswahl der Wellenlänge der Signalimpulse über den Ankunftszeitpunkt (gegeben durch die Repetitionsrate) der Pumpimpulse. Die erzeugten Signalimpulse weisen aufgrund der Energieerhaltung bei der parametrischen Verstärkung einen umgekehrten Chirp zu den Seedimpulsen auf. Zu jedem Zeitpunkt ist die entstehende Signal- Wellenlänge durch den Frequenzabstand zwischen Pumpimpuls und Seedimpuls zu diesem Zeitpunkt gegeben. In Abbildung b) wird die Möglichkeit der Kontrolle der Bandbreite der emittierten Signalimpulse durch Beeinflussung der Phase (und ggf. auch Amplitude) der Pumpimpulse gezeigt. Hier ist die beispielhafte Darstellung der Beeinflussung der spektralen Phase von gaußförmigen Pumpimpulsen auf die Hälfte des Chirpparameters C der Seedim- pulse gezeigt. Diese Beeinflussung der Phase führt zu bandbreitenbegrenzten, schmalbandi- gen Signalimpulsen z.B. für die hochauflösende Spektroskopie. In Abbildung c) ist beispielhaft die Erzeugung besonders breitbandiger Signalimpulse, z.B. für die Multiphotonenmikro- skopie gezeigt. Die Pumpimpulse werden dabei mit einem relativ zu den Seedimpulsen negativen Chirp erzeugt.
Fig. 3 zeigt in Abbildung a) das Ergebnis einer numerischen Simulation die genauen Einblick über Seedimpuls sowie Pumpimpuls in Wigner-Darstellung vor der Verstärkerfaser ermöglicht. Zu erkennen ist, dass in der gezeigten bevorzugten Ausführungsform die Pumpimpulse einer Geraden mit der Hälfte der Steigung der Seedimpulse folgen. Der hier verwendete Chi- rpparameter der Pumpimpulse führt dabei zur Erzeugung von schmalbandigen Ausgangsimpulsen. In Abbildung b) ist der resultierende schmalbandige Ausgangsimpuls nach 30 simulierten Umläufen im faserbasierten parametrischen Oszillator zu erkennen. Bezugszeichenliste Vorrichtung zum Erzeugen von Ausgangslaserimpulsen Faserbasierter optisch parametrischer Oszillator (FOPO) Elektronisch abstimmbarer Impulsgenerator
Optische Einrichtung
Dispersives Element
Optisches Medium
Ytterbium-Glasfaserverstärker

Claims

Patentansprüche
Vorrichtung zum Erzeugen von Ausgangslaserimpulsen mit einer abstimmbaren Zentralwellenlänge, basierend auf einer parametrischen Verstärkung (1), umfassend:
einen optischen Pumpimpulsgenerator (3) mit einstellbarer Repetitionsrate zur Erzeugung von Pumpimpulsen,
einen faserbasierten optisch parametrischen Oszillator (2) mit einer Rückkoppeleinrichtung und einem parametrischen Verstärkungsmedium (6), ausgeführt, um die Pumpimpulse zu empfangen und diesen durch parametrische Erzeugung in einen wellenlängenverschobenen Idlerimpuls und einen dazu wellenlängenverschobenen Signalimpuls zu konvertieren, und
eine dazu eingerichtete dispersive Rückkopplungseinrichtung, den Idlerimpuls oder den Signalimpuls über einen Resonator zurückzukoppeln, wodurch der Idlerimpuls bzw. der Signalimpuls im Weiteren als Seedimpuls für die parametrische Verstärkung verwendbar ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
zur Einstellbarkeit der Bandbreite der Ausgangslaserimpulse eine optische Einrichtung (4) vorgesehen ist, die derart ausgelegt ist, die spektrale Phase der Pumpimpulse in Abhängigkeit der Phase der Seedimpulse zu beeinflussen.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die optische Einrichtung (4) derart ausgestaltet ist, die spektrale Phase der Pumpimpulse nach der Impulserzeugung zu beeinflussen.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die optische Einrichtung (4) zur Beeinflussung der spektralen Phase der Pumpimpulse im optischen Weg zwischen Pumpimpulsgenerator (3) und faserbasiertem optisch parametrischen Oszillator (2) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die optische Einrichtung (4) zur Beeinflussung der spektralen Phase der Pumpimpulse als Glasfaser ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die optische Einrichtung (4) zur Beeinflussung der spektralen Phase der Pumpimpulse als gechirptes Faser-Bragg-Gitter oder langperiodisches Gitter ausgebildet ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die optische Einrichtung (4) zur Beeinflussung der spektralen Phase der Pumpimpulse als aktives Bauelement, insbesondere als akustooptisches, programmierbares dispersives Filter ausgebildet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ausgelegt ist, die spektrale Phase der Pumpimpulse bereits mit der Impulserzeugung zu beeinflussen.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der optische Pumpimpulsgenerator (3) als gütegeschaltete Laserdiode ausgeführt ist.
Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass der optische Pumpimpulsgenerator (3) als kontinuierlich emittierende Laserdiode ausgeführt ist und die Pumpimpulse durch eine nachfolgende Modulation gebildet werden, insbesondere durch eine Amplitudenmodulation mittels elektro-optischer Modulatoren.
10. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass im optischen Weg zwischen Pumpimpulsgenerator (3) und faserbasierten optisch parametrischen Oszillator (2) wenigstens eine optische Verstärkerstufe (7) vorgesehen ist.
11. Vorrichtung nach einem der vorherigen Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass das verwendete parametrische Verstärkungsmedium eine Verstärkungsbandbreite aufweist, die ohne weitere Parameteränderung mindestens dem gesamten Durchstimmbe- reich entspricht.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11 dadurch gekennzeichnet, dass die breite Verstärkungsbandbreite durch eine Veränderung der Wellenleiterdispersion des parametrischen Verstärkungsmediums (6) entlang der Ausbreitungsrichtung des Lichtes durch eine Änderung der Wellenleitergeometrie entlang der Ausbreitungsrichtung des Lichtes ausgeführt ist.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12 dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der Wellenleitergeometrie durch zwei oder mehr unterschiedliche, aber jeweils konstante Querschnitte des Wellenleiters entlang der Ausbreitungsrichtung des Lichtes ausgeführt ist, oder dass die Veränderung der Wellenleitergeometrie durch eine kontinuierliche Änderung des Querschnittes entlang der Ausbreitungsrichtung des Lichtes ausgeführt ist.
14. Verfahren zur Erzeugung von Ausgangslaserimpulsen mit einer abstimmbaren Zentralwellenlänge und einer einstellbaren Bandbreite, basierend auf einer parametrischen Verstärkung (1), umfassend:
Erzeugen von Pumpimpulsen mit einstellbarer Repetitionsrate (3), Empfangen der Pumpimpulse in einem faserbasierten optisch parametrischen Oszillator (2) mit einem parametrischen Verstärkungsmedium (6), Konvertieren der Pumpimpulse in einen wellenlängenverschobenen Idlerimp- uls und einen dazu wellenlängenverschobenen Signalimpuls durch parametrische Erzeugung,
Zurückkoppeln des Idlerimpulses oder des Signalimpulses über einen disper- siven Resonator,
Verwenden des rückgekoppelten Idlerimpulses bzw. Signalimpulses im Weiteren als Seedimpuls für die parametrische Verstärkung und
Beeinflussen der spektralen Phase des Pumpimpulses in Abhängigkeit der Phase der Seedimpulse mittels einer optischen Einrichtung (4).
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