[发明专利]用于对激光脉冲进行光谱展宽的光学装置、用于对激光脉冲进行光谱展宽的方法、用于设计非线性展宽元件的方法以及具有这种非线性展宽元件的成套设备

说明书

本发明涉及一种用于对激光脉冲进行光谱展宽(5)以实现非线性脉冲压缩的光学装置(1)，该光学装置具有展宽路径(3)，该展宽路径设置用于引导该激光脉冲(5)重复通过至少一个非线性展宽元件(7)，其中，该非线性展宽元件(7)具有散射特性，如此选择该散射特性，使得该散射特性补偿激光脉冲(5)在该非线性展宽元件(7)中的自聚焦。

技术领域

本发明涉及一种用于对激光脉冲进行光谱展宽的光学装置、一种用于对激光脉冲进行光谱展宽的方法、一种用于设计非线性展宽元件的方法以及一种具有这种非线性展宽元件的成套设备(Kit)。

背景技术

为了在时间上缩短激光脉冲，经常应用非线性脉冲压缩方法，在该方法中，首先通过自相位调制来对激光脉冲进行光谱展宽，然后在时间上压缩这些激光脉冲。为了对激光脉冲进行光谱展宽，通过非线性介质发送激光脉冲，其中出现克尔(Kerr)非线性，即，折射率发生变化Δn＝n₂I，其中，I为强度，并且n₂为非线性折射率。激光脉冲的强度具有时间包络I(t)，因此脉冲的相位在时间上根据下式被快速调制：Φ(t)＝k_nΔnL＝k_nn₂I(t)L，其中，k_n为波数，并且L为介质中的传播长度。根据关系式产生新的频率。因此，在非线性介质中传播时激光脉冲的光谱被不断展宽。如果色散可忽略，脉冲形状保持恒定，脉冲会出现啁啾。接下来，可以通过去除啁啾在时间上压缩脉冲。

这里的问题是自相位调制(SPM)总是与自聚焦(SF)组合地发生。自聚焦会导致激光脉冲的射束直径变窄，射束质量降低直至完全塌陷(collapse)，尤其是成丝(Filamentation)。

发明内容

本发明基于以下目的：提供一种用于对激光脉冲进行光谱展宽以用于非线性脉冲压缩的光学装置、一种用于对激光脉冲进行光谱展宽的方法、一种用于设计非线性展宽元件的方法以及一种具有这种非线性展宽元件的成套设备，其中不会出现上述缺点。

该目的通过所提供的本技术教导来实现，尤其是独立权利要求的教导以及从属权利要求和说明书中披露的实施方式的技术教导来实现。

特别地，该目的通过提供一种用于对激光脉冲进行光谱展宽以用于非线性脉冲压缩的光学装置来实现，该光学装置具有展宽路径，该展宽路径设置用于引导该激光脉冲重复或多次通过至少一个非线性展宽元件，其中，该非线性展宽元件具有散射特性(Zerstreuungseigenschaft)，该散射特性如此选择，使得该散射特性补偿该激光脉冲在该非线性展宽元件中的自聚焦。这使得尤其可以实现高的光谱展宽，并且同时实现紧凑的构造，而不会由于自聚焦而至少在相关的标准上降低射束质量。激光脉冲的射束直径可以有利地保持恒定，尤其是保持准直。激光脉冲光谱的强光谱展宽尤其也可以通过使激光脉冲多次通过至少一个非线性展宽元件来实现，这也可以尤其通过使激光脉冲通过多个非线性展宽元件来实现，尤其是依次通过彼此相同构造的非线性展宽元件，其中，每个非线性展宽元件由于其散射特性补偿其中发生的自聚焦，或者其中，自聚焦在每次通过非线性展宽元件时得到补偿。在此，如果设置多个非线性展宽元件，则激光脉冲不必多次通过非线性展宽元件之一或者多次通过所有非线性展宽元件。而是，如果设置多个非线性展宽元件并且激光脉冲通过这些非线性展宽元件，则激光脉冲也可以仅通过每个非线性展宽元件一次。

非线性展宽元件被理解为意指元件、尤其是光学元件或结构元件，该元件具有光学非线性介质或由非线性介质组成，尤其是使得在激光脉冲通过该元件或结构部件时，该光学元件或结构部件中出现克尔非线性，使得激光脉冲经历自相位调制并且因此经历光谱展宽。

散射特性应理解为意指非线性展宽元件的散焦特性。因此，非线性展宽元件尤其是具有散焦特性，该散焦特性与非线性展宽元件中发生的自聚焦如此相协调(abgestimmt)，使得自聚焦被非线性展宽元件的散焦特性补偿。以这种方式，射束至少保持几乎准直。