[发明专利]具有交替的折射率变化的光学元件及其应用

说明书

在光学元件(1)中，在沿光轴(7)彼此相继的至少三个区域(9，10，11，13，14)中通过交替的折射率变化(6)构造反射器(12)，并且在每两个彼此相继的反射器(12)之间构造谐振器(15)用于沿所述光轴(7)入射的具有设计波长的光。所述谐振器(15)中的至少一个包括克尔活性材料。所述谐振器(15)中的至少两个的总折射率n(i)＝nsubgt;0/subgt;(i)+Isubgt;Res/subgt;(i)·nsubgt;2/subgt;(i)中的非线性分量Isubgt;Res/subgt;(i)·nsubgt;2/subgt;(i)的量值相差两个非线性分量Isubgt;Res/subgt;(i)·nsubgt;2/subgt;(i)中的较小者的量值的至少50％，其中，Isubgt;Res/subgt;(i)是沿所述光轴(7)辐射的具有所述设计波长(λ)的光的强度Isubgt;Res/subgt;(i)，所述强度由于相应的谐振器(15)在所述反射器(12)之间的布置而得出，nsubgt;2/subgt;(i)是相应的谐振器(15)的非线性折射率。

技术领域

本发明涉及一种光学元件，其具有光轴、设计波长沿光轴的交替的折射率变化，以及独立权利要求1的前序部分的其他特征。此外，本发明涉及这种光学元件在激光谐振器中的应用。

背景技术

由EP 0 541 304 B1中已知一种光学设备，该光学设备包括第一反射元件以及与第一反射元件间隔开的第二反射元件，用于在第一反射元件和第二反射元件之间构造具有多个光学谐振频率的法布里-珀罗标准具(Fabry-Pérot-Etalon)。光学设备的布置在第一反射元件和第二反射元件之间的半导体材料在预先确定的光学频率下具有非线性的光学吸收。光学频率如此位于两个相邻的光学谐振频率之间，使得该光学频率基本上位于相应于法布里-珀罗标准具的反谐振条件的光学频率处。半导体材料用作可饱和的吸收元件，该可饱和的吸收元件仅从光的强度达到饱和界限起才变得透明。光学设备也称为可饱和的法布里-珀罗吸收器。该光学元件属于SESAMs(英：semiconductor saturable absorbermirrors，半导体可饱和吸收镜)，并且可以用于模式耦合或用于激光谐振器中的Q开关(Güteschaltung)。在SESAM的实际应用中，在高光强度下的抗损伤强度、光学损耗和吸收器的退化(Degradation)方面产生常见的问题。此外，在低于780nm的波长范围内不存在实际可用的吸收器。

由EP 3 217 489 A1已知一种光学元件，该光学元件具有由三阶非线性的材料制成的光学层的堆叠。光学元件设置用于根据光的强度对光进行调制。特别地，光学元件的反射率或透射率应取决于光的强度。这种相关性基于克尔效应(Kerr-Effekt)，根据该克尔效应按照n＝n₀+I·n₂，三阶非线性的材料的总折射率n取决于光的强度I和非线性折射率n₂。除克尔效应之外，光的吸收率并且因此光学元件上的热负荷都随着光的强度I与非线性折射率n₂的乘积I·n₂上升。因此，根据EP 3 217 489 A1，非线性量值n₂应保持小于10^-12cm²/W，以便使得光学元件对于非常高的光强度不敏感。由EP 3 217 489 A1得知，掺杂的聚合物薄膜具有约1.7×10^-6cm²/W的非线性折射率n₂。光学元件的由克尔活性光学层组成的堆叠可以具有至少一个全波腔，该全波腔在光的中心波长处谐振。最终所得的谐振器实现堆叠内的场放大，使得借助入射光的适当强度也对折射率实现非线性效应。借助多个这样的腔，应可以进一步增强光学克尔效应。