光学谐振器布置和用于调节谐振器中的往返时间的方法技术

在包括谐振器(2)的谐振器布置(1)中，干涉仪(9)布置在谐振器(2)内部并且包括至少一个第一和第二干涉仪(9a，9b)。两个干涉仪(9a，9b)具有彼此不同的光程长度(L1，L2)。根据本发明专利技术，分光比是可变化调节的，利用所述分光比，所述干涉仪(9)将在谐振器(2)中传播的辐射(8)分裂到第一干涉仪腿部(9a)和第二干涉仪腿部(9b)中。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及具有谐振器的光学谐振器布置以及通过其来调节这种谐振器的模式的位置或者在谐振器中传播的光脉冲的组往返时间(和/或相位往返时间)的方法。
技术介绍
谐振器的目的是提供用于特定频率的谐振放大，在特定光谱区内，这些谐振的位置可以由光谱线的绝对位置以及还由相邻光谱线的间隔来表征。控制这些谐振的位置尤其是在窄脉冲和超窄脉冲领域以及频率梳(frequencycomb)技术中具有重要作用。具体地，对于在超窄激光脉冲领域中使用这种谐振器的应用而言，谐振的位置平常由两个值来表征，即对应于在这种谐振器中传播的脉冲的脉冲重复率的先前提及的谐振线的间隔、以及所谓的载波包络频率，其中当朝向更小频率继续进行具有恒定间隔的谐振时，该载波包络频率表示最小谐振线至零点的距离。载波包络频率的显著性由这种谐振器的使用而引起，以用于规则激光脉冲或相关频率梳的生成和/或过滤。图1a示出了在电场对时间的绘图中的规则激光脉冲。显示了激光脉冲110的包络和激光脉冲110的载波120。载波120可以由在光频范围内的正弦振荡来呈现。图1b示出了与图1a的激光脉冲110相关联的频率梳。该频率梳包括由frep彼此分隔开的多个激光模式fm。此处frep是频率梳的相邻模式的间隔。频率梳的模式fm、如以上所述的、可以由以下公式来表示：fm＝m×frep+f0.(1)此处，m为自然数。自然地，实际频率梳的模式延伸跨越频域中的有限宽度。频率梳的参数f0指代以下频率梳的(载波包络)偏移频率或载波包络偏移频率。这个偏移频率的存在f0在于以下事实，即激光模式fm的频率不必要彼此倍数。为了调节或另外地控制谐振器的模式fm，尤其是频率梳生成器的模式，如果相邻模式之间的间隔frep和/或偏移频率f0是可调节的，则这是有利的。DE19911103A1,EP1161782B1和DE10044404C2描述了关于频率梳的自由度(比如例如偏移频率f0和模型间隔frep)是如何可以被设置或被调节为固定值的一些方法。公共方法是通过合适的设备(比如通过f-2f干涉仪)测量偏移频率f0以作为第一个参数，并且测量比如模间隔以作为第二个参数。为此目的，提供相应的稳定器或控制环。第一稳定器涉及模间隔。作为稳定器的测量值，脉冲重复频率(可能地被划分为可更好检测的区域或被倍增)可以如所提及的被使用，即脉冲重复频率对应于模间隔。评估和比较单元将测量到的值与预定参考值进行比较以用于脉冲重复频率。为了改变模间隔或将其调节为预定参考值以用于确定的偏差，稳定器驱动致动器，这改变了振荡器的光程长度并且因此改变了脉冲重复频率。例如，致动器可以为用于振荡器的谐振器端镜的线性驱动器或电光元件或压电致动器。第二稳定器将偏移频率f0调节至特定值。为此目的，利用外部精确已知的参考频率(例如源于连续波激光器)或利用来自于相同频率梳的双频模式，使得频率梳的特定模式fm被重叠在检测器(比如光电二极管或光学倍增器)上。该重叠在射频范围内生成拍频。评估和比较单元将拍频与预定的、可能变化调节的参考频率进行比较。如果在这个情形中，偏差(divation)被得到，则第二稳定器对使振荡器中的相位往返时间和组往返时间之间的差异发生变化的致动器进行控制。这可以通过例如、使谐振器分支中的谐振器端镜轻微地倾斜来实现，其中，由多种模式来在空间上分离地通过该谐振器分支，以便以频率相关的方式改变振荡器的光程长度。导致快响应时间(小于1微秒)和取决于实施的高动态的另外控制选项使用在偏振状态的研发中的几何相位。具体地，允许载波包络偏移频率的调节而没有与脉冲重复率的串话和/或谐振器的往返损耗。可选地，可以由比如、强度调制器或者通过使放大器的泵功率发生变化而改变振荡器损耗，其中，放大器可以可能地存在于振荡器中，色散性元件(比如一对棱镜、比如透明的可倾斜板)可以被插入到振荡器的光程中并且可以在其位置发生变化，或者导光组件、尤其是“啁啾”纤维布拉格光栅可以由膨胀或温度来改变。通过使用描述在DE19911103A1,EP1161782B1或DE10044404C2中的方式，总体上生成了完全稳定的频率梳，其中，该频率梳的各个模式被定位在精确已知的频率处并且彼此相干。有关这些方式的详细描述，参考以上引用的文献。使谐振器或频率梳激光稳定的上述技术仅仅是多个可能性中的一个。取决于应用的类型和取决于技术的可能性，不同类型的稳定是可察觉的。尤其是，误差信号的生成可以以多种方式来实现。除了偏移频率的测量(例如借助于f-2f干涉仪)以及重复率的测量之外，例如通过使用参考激光来确定出各个谐振线的位置是有益的。例如，与偏移频率一起的脉冲激光的载波频率的位置可以被用于该稳定。在这个情形中，特别有益的是，与通过重复率的稳定相反，参考的噪音并不会以高倍倍增的方式被传送至光谐振线。在任意情形中，对于完全的稳定而言，两个线性独立的误差信号为谐振线的位置而所需。对于调节而言，当致动器可以被选择以使得其相应的一个作用在两个误差信号中的一个误差信号上同时尽可能地使另一个未受影响时是有益的。虽然可以使误差信号正交，但对于误差信号的不同品质而言，然而，尤其是当所使用的致动器具有不同的控制速度时，稳定的总品质可以受损耗。因此，对自由度进行物理解耦是有益的。例如，如果频率梳激光被稳定至其偏移频率(其接近0)以及光学模式，例如接近载波频率fc，则第一误差信号包含在载波频率fc附近的谐振器模式的位置中且第二误差信号包含偏移频率fc。理想的第一致动器使谐振频率的位置在零点周围扩张以(本质上)不影响偏移频率同时改变载波频率。理想的第二致动器使谐振器模式在载波频率fc周围扩张并且因此使偏移频率发生改变而没有使载波频率频移。这种致动器的影响被显示在图5中。在图5a中，显示了未变化的频率梳，同时图5b显示了在围绕载波频率fc的旋转之后的相同频率梳。使谐振线(粗略地)在零频率周围扩张或收缩的致动器(也就是说，致动器调节脉冲重复率而没有实质上对偏移频率进行串话)是主要的可移动镜子以及电光相位调制器，其总体上允许具有大的移位和高调节速度的调节。围绕固定点而不是零点的谐振线的扩张和收缩分别更难被实现。虽然存在来实现这些的、用于偏移频率的一些上述列出的致动器，然而，不同实施方式具有不同的限制。例如，在现有技术中，不利的是，现有致动器的调节速度被限制，因为这些致动器主要使用机械或热效应。对于快速调节而言，传统上，主要使用谐本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种包括谐振器(2)的光学谐振器布置(1)，其中具有至少一个第一干涉仪腿部(9a)和第二干涉仪腿部(9b)的干涉仪(9)被布置在所述谐振器(2)内，所述第一干涉仪腿部(9a)具有第一光程长度(L1)并且第二干涉仪腿部(9b)具有不同于第一光程长度(L1)的第二光程长度(L2)，并且分光比是可变化调节的，利用所述分光比所述干涉仪(9)将在所述谐振器(2)中传播的辐射(8)分裂到所述第一干涉仪腿部(9a)和第二干涉仪腿部(9b)中。

【技术特征摘要】
2014.12.23 DE 102014226973.31.一种包括谐振器(2)的光学谐振器布置(1)，其中
具有至少一个第一干涉仪腿部(9a)和第二干涉仪腿部(9b)的干涉仪(9)
被布置在所述谐振器(2)内，
所述第一干涉仪腿部(9a)具有第一光程长度(L1)并且第二干涉仪腿部
(9b)具有不同于第一光程长度(L1)的第二光程长度(L2)，并且
分光比是可变化调节的，利用所述分光比所述干涉仪(9)将在所述谐振器
(2)中传播的辐射(8)分裂到所述第一干涉仪腿部(9a)和第二干涉仪腿部
(9b)中。
2.根据权利要求1所述的谐振器布置，其中，所述谐振器布置(1)构造
为通过改变用于第一干涉仪腿部(9a)和第二干涉仪腿部(9b)的在谐振器(2)
中传播的辐射(8)的分光比来改变谐振器(2)的重复率和/或载波包络偏移频
率(f0)。
3.根据前述任一项权利要求所述的谐振器布置，其中，所述谐振器布置(1)
包括用于调节所述分光比的致动器(15)，其中，所述致动器(15)优选地具有
至少10kHz、至少100kHz或至少1000kHz的控制带宽。
4.根据权利要求3所述的谐振器布置，其中，所述谐振器布置(1)包括
测量设备(11)，所述测量设备(11)构造为测量由所述致动器(15)获得的谐
振线的移位，尤其是测量所述谐振器(2)的重复率(ffep)、由所述谐振器(2)
生成或接收到的频率梳的载波包络偏移频率(f0)中的至少一个。
5.根据前述任一项权利要求所述的谐振器布置，其中，所述干涉仪(9)
包括至少一个光学元件(33，34，35)，其具有偏振相关的传播时移以及相移中
的至少一个，或者所述干涉仪(9)由这种元件(33，34，35)、尤其是由双折
射光学元件来实现。
6.根据权利要求5所述的谐振器布置，其中，所述至少一个光学元件(33，
34，35)致使2π的整数倍或半整数倍的相移，尤其是用于目标波长(λZ)的整
数或半整数波片(33，34，35)。
7.根据前述任一项权利要求所述的谐振器布置，其中，所述干涉仪(9)
包括以下光学元件的一个或多个：偏振过滤器(36，37)，偏振调节器，λ板、n

\t大于等于2的nλ板、λ/2板、λ/4板、电光调制器(40)和可变化调节的液晶(40)。
8.根据前述权利要求5-7中任一项所述的谐振器布置，其中具有偏振相关
的相移的至少两个光学元件(34，35)存在于所述谐振器(2)中，并且其中，
通过相对于彼此来调节两个光学元件(34，35)的方向、并且/或者通过对穿过
两个光学元件(34，35)的辐射的偏振进行不同的影响，来使得用于所述第一
干涉仪腿部(9a)和第二干涉仪腿部(9b)的在谐振器(2)中传播的辐射(8)
的分光比是可调节的。
9.根据前述任一项权利要求所述的谐振器布置，其中，在谐振器(2)中
布置激光器介质(7)或者放大器介质(7)或者用于在谐振器(2)中传播的辐
射的模式耦合元件(M，17)，其中，所述激光器介质和放大器介质分别被构造
为是被泵浦的。
10.根据前述任一项权利要求所述的谐振器布置，其中，用于在谐振器(2)
中传播的辐射(8)的谐振器(2)的传输在用于所述第一干涉仪腿部(9a)和
第二干涉仪腿部(9b)的辐射(8)的分光比变化时保持恒定或者实质上保持恒
定。
11.根据前述任一项权利要求所述的谐振器布置，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗纳德·霍茨瓦尔特，沃尔夫冈·汉塞尔，
申请(专利权)人：门罗系统股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE