本发明专利技术涉及一种光学系统，具有：分割元件(2)，其将输入激光束(EL)分割为多个空间上分开的子光束；至少一个光放大器(4)，空间上分开的子光束传播通过该光放大器；至少一个光程长度调节元件(3)，其调节至少一个子光束的光程长度；以及组合元件(6、8)，其将子光束相干地叠加在输出激光束中。本发明专利技术解决的问题是，与现有技术相比，实现输出激光束的高光束质量，以及降低对所使用的光学组件的表面质量的要求。为此，本发明专利技术提出，设置至少一个光学功能元件(5、5'、6'、7)，该光学功能元件来自传输元件、光谱展宽元件、光束偏转元件、光隔离器、光调制器和脉冲压缩器的组，该功能元件布置在光束路径中的至少一个光放大器(4)之后，空间上分开的子光束传播通过该功能元件。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】多孔径激光系统
本专利技术涉及具有以下特征的光学系统：-分割元件，将输入激光束分割为多个空间上分开的子光束，-至少一个光放大器，空间上分开的子光束通过该光放大器传播，-至少一个光程长度调节元件，其调节至少一个子光束的光程长度，以及-组合元件，其将子光束相干地叠加在输出光束中。
技术介绍
光学组件的性能，例如激光放大器、光谱加宽元件、传输光纤、光学器件(例如镜面、基板、透镜)等的性能，受到各种物理效应的限制。此处应在平均功率和脉冲峰值功率之间进行区分，这在脉冲系统中很重要。限制归因于热效应，该热效应发生在一定的平均功率之上，并取决于元件的几何形状以及外部影响。这些效应的一个例子就是由于热透镜效应而引起的经典固态激光器的输出光束的变化。另一方面，在光纤放大器中，由于热效应而导致的模式不稳定性的发生构成了对可获得的平均输出功率的限制。而且，诸如自相位调制之类的非线性效应会在高脉冲峰值输出的介质中发生。这些引起激光辐射相位的空间或时间变化。在时域中，由于这个原因，脉冲可能会发生不希望的变形，从而导致脉冲质量下降和脉冲持续时间延长，尤其是在具有高带宽的脉冲中。在空间域中，这些非线性效应会导致光束的自聚焦，从而迅速导致相应介质的破坏。除了限制与给定脉冲形状或脉冲长度相关的最大可能脉冲峰值功率外，非线性效应还引起最大脉冲能量的限制。另外，在高脉冲峰值输出或脉冲能量下，介质可能会受到损坏，这同样会构成限制。在元件中利用非线性效应来进行光谱展宽。但是，在那里也会发生有限的物理效应。如果将晶体或纤维形式的固态材料用作非线性介质，则首先通过已经描述的自聚焦来设置脉冲峰值功率的极限。如果将填充有惰性气体的毛细管用作非线性介质，则可能会产生显著更高的脉冲峰值输出，而使用现有的激光系统也已经实现了这些脉冲峰值输出。此外，高强度会导致气体的电离，这是不希望的。从现有技术中已知用于克服这些限制并用于提高可获得的平均输出功率的各种方法。例如，存在用于避免关于光放大和光谱展宽的限制的方法。通过增大光束面积，可以减小所使用的光学元件中的功率密度和脉冲峰值强度。使用光纤元件的一个例子是使用所谓的大模面积光纤。由于较大的光束面积，因此可以相应地增加脉冲峰值功率而没有不利影响。但是，在保持高光束质量方面存在很大的挑战，因为随着组件尺寸的增大(对应于扩大的光束面积)，实际上几乎不能保证所用光学组件的足够高的表面质量。表面质量的缺陷最终导致不希望的激光束波前畸变。例如，通过使用圆极化脉冲，可降低除其他原因外引起自聚焦发生的原因的克尔效应的强度。谱相位或幅度的操纵可以补偿由于非线性效应而引起的脉冲质量下降。在所谓的啁啾脉冲放大(CPA)中，脉冲的时间拉伸在放大之前发生，从而在放大期间相应地减小了脉冲峰值功率。在放大之后，脉冲再次在时间上被压缩。在所谓的分脉冲放大(DPA)或分脉冲非线性压缩(DPNLC)中，一个脉冲被分为几个时间上分开的脉冲副本。在脉冲串的脉冲放大或展宽之后，发生重组为一个脉冲的情况。由于时间上的分割，每个脉冲副本的脉冲峰值功率小于单个脉冲的峰值功率。可以使用在空间上分开的放大器或光谱展宽元件，其中借助于分束器将输入光束分成几个子光束。这些在几个空间上分开的独立光学元件/通道中被放大或光谱展宽，最后再次合并在一个光束中。在此，在相同或不同光谱的信号的组合之间要加以区别。在光谱相同的组合中，相同的光谱分量在各个通道中传播，并且在分束器处仅发生一次功率分割。另一方面，在光谱组合中，另外发生输入激光辐射的进一步光谱分割。两种方法的组合是可能的。另外，各个子光束的时间相位具有根本的重要性，并且必须在子波长范围内匹配。在某些情况下，由于构造的原因，可以保证连续满足此条件。否则可能需要主动稳定相位。此外，在脉冲操作中，在组合时必须保证各个脉冲的最精确的可能的时间重叠。偏差导致组合效率降低。对于频谱相同的组合，还必须使通道中的各个脉冲具有尽可能相同的相位和幅度曲线。此处的偏差也可能导致组合效率降低(请参见J.Limpert，A.Klenke，M.Kienel，S.Breitkopf，T.Eidam，S.C.Jauregui和A.Tünnermann，“PerformanceScalingofUltrafastLaserSystemsbyCoherentAdditionofFemtosecondPulses(飞秒脉冲相干相加的超快激光系统的性能定标)”，IEEEJ.Sel.Top.QuantumElectron.20，268-277，2014；Guichardd，M.Hanna，L.Lombard，Y.Zaouter，C.F.Morin，F.Druon，E.Mottay和P.Georges，“Two-channelpulsesynthesistoovercomegainnarrowinginfemtosecondfiberamplifiers(克服飞秒光纤放大器中增益变窄的两通道脉冲合成)”，Opt.Lett.38，5430-3，2013；T.W.和B.Couillaud，“Laserfrequencystabilizationbypolarizationspectroscopyofareflectingreferencecavity(通过反射型参考腔的偏振光谱进行激光频率稳定)”，Opt.Commun.35，441-444，1980；T.M.Shay，“Theoryofelectronicallyphasedcoherentbeamcombinationwithoutareferencebeam(不带参考光束的电子相控相干光束组合理论)”，Opt.Express14，12188-12195年，2006；A.Klenke，E.Seise，J.Limpert和A.Tünnermann，“Basicconsiderationsoncoherentcombiningofultrashortlaserpulses(超短激光脉冲的相干组合的基本考虑)”，Opt.Express19，25379-25387，2011)。在用于空间上分开地传播或放大子光束的已知技术中，在输出激光束中的子光束的组合方面，在所谓的“填充孔径”方法和“平铺孔径”方法之间进行区分。在这种情况下，第一种方法(“填充孔径”)表示子光束在近场和远场中的相干叠加。这种方法的优点是叠加效率高(理论上可达100％)。然而，挑战是由于光束叠加需要一个或多个元件，这可能导致这些元件中或这些元件上不希望有的依赖输出的影响。在“平铺孔径”组合中，子光束组成了新的总发射。因此，人造地形成具有增大的孔径的输出激光束，当子光束的单次发射叠加在远场中时，该输出激光束表示人造地形成的孔径的衍射模式。优点是可以消除组合元素，从而将这种方法视为输出可缩放的。然而，一个明显的缺点是有限的组合效率通常小于60％。已知与“填充孔径”方法相关的用于光束分割和组合的组件的各种方法。例如，光束可以在1：2分束器的帮助下进行分割和组合。借助偏振相关的分束器或本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.光学系统，包括/n-分割元件(2)，所述分割元件将输入激光束(EL)分割为多个空间上分开的子光束，/n-至少一个光放大器(4)，空间上分开的子光束传播通过该至少一个光放大器，/n-至少一个光程长度调节元件(3)，所述至少一个光程长度调节元件调节子光束中的至少一个的光程长度，以及/n-组合元件(6、8)，所述组合元件将子光束相干地叠加在输出激光束中，/n其特征在于，来自传输元件、光谱展宽元件、光束偏转元件、光隔离器、光调制器和脉冲压缩器的组的至少一个光学功能元件(5、5'、6'、7)在光束路径中布置在所述至少一个光放大器(4)之后，空间上分开的子光束传播通过所述至少一个光学功能元件。/n
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】20181012 DE 102018125356.71.光学系统，包括
-分割元件(2)，所述分割元件将输入激光束(EL)分割为多个空间上分开的子光束，
-至少一个光放大器(4)，空间上分开的子光束传播通过该至少一个光放大器，
-至少一个光程长度调节元件(3)，所述至少一个光程长度调节元件调节子光束中的至少一个的光程长度，以及
-组合元件(6、8)，所述组合元件将子光束相干地叠加在输出激光束中，
其特征在于，来自传输元件、光谱展宽元件、光束偏转元件、光隔离器、光调制器和脉冲压缩器的组的至少一个光学功能元件(5、5'、6'、7)在光束路径中布置在所述至少一个光放大器(4)之后，空间上分开的子光束传播通过所述至少一个光学功能元件。
2.根据权利要求1所述的光学系统，其特征在于，所述分割元件(2)和/或所述组合元件(6、8)分别形成为衍射分束器。
3.根据权利要求1或2所述的光学系统，其特征在于，所述分割元件(2)和/或所述组合元件(6、8)分别形成为具有不同反射率的区域的反射元件。
4.根据权利要求3所述的光学系统，其特征在于，所述分割元件(2)和/或所述组合元件(6、8)各自包括两个或更多个反射元件(A、B、C、D)，在所述反射元件处激光辐射被连续反射一次或多次。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的光学系统，其特征在于，所述子光束在垂直于所述传播方向的平面中形成二维...
【专利技术属性】
技术研发人员：B·利姆珀特，A·凯兰克，T·艾达姆，
申请(专利权)人：活性纤维系统有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE
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