DE10220871A1

DE10220871A1 - Optical parametric oscillator and amplifier

Info

Publication number: DE10220871A1
Application number: DE2002120871
Authority: DE
Inventors: Harald Giessen; Joern Teipel
Original assignee: Rheinische Friedrich Wilhelms Universitaet Bonn
Current assignee: Rheinische Friedrich Wilhelms Universitaet Bonn
Priority date: 2002-05-10
Filing date: 2002-05-10
Publication date: 2003-11-20
Also published as: WO2003096116A1; AU2003233305A1

Abstract

Optisch-parametrischer Oszillator und/oder Verstärker, aufweisend ein nichtlineares optisches Element 10, in das im Betrieb Licht eines Lasers 1 als Pumpstrahl eingekoppelt ist, wobei der Spektralbereich des Pumpstrahles sich beim Durchlaufen des Elementes 10 verändert, insbesondere verbreitert, wobei zumindest ein Teil des Lichtes, welches das Element 10 durchlaufen hat, aus dem Strahl ausgekoppelt und erneut in das Element 10 eingekoppelt ist, wobei das Element 10 einen optischen Wellenleiter aufweist, in dem zumindest auf einem Teilstück nichtlineare optische Prozesse auftreten, und wobei das Teilstück einen Durchmesser von weniger als 10 Mikrometern und eine Länge von weniger als 10 Metern aufweist.Optical-parametric oscillator and / or amplifier, having a non-linear optical element 10, into which light from a laser 1 is coupled as a pump beam during operation, the spectral range of the pump beam changing, in particular broadening, as it passes through the element 10, at least part of which Light that has passed through the element 10 is coupled out of the beam and is coupled back into the element 10, the element 10 having an optical waveguide in which non-linear optical processes occur on at least one section, and the section having a diameter of less than 10 microns and has a length of less than 10 meters.

Description

Die Erfindung betrifft einen optisch-parametrischen Oszillator und/oder Verstärker aufweisend ein nichtlineares optisches Element, in das im Betrieb Licht eines Lasers als Pumpstrahl eingekoppelt ist, wobei der Spektralbereich des Pumpstrahles sich beim Durchlaufen des Elementes verändert, insbesondere verbreitert, und wobei zumindest ein Teil des Lichtes, welches das Element durchlaufen hat, aus dem Strahl ausgekoppelt und erneut in das Element eingekoppelt ist. The invention relates to an optical parametric oscillator and / or amplifier having a nonlinear optical element, in which light a Laser is coupled in as a pump beam, the spectral range of the The pump jet changes when passing through the element, in particular widened, taking at least part of the light that the element passed through, decoupled from the beam and back into the element is coupled.

In solchen optisch-parametrischen Oszillatoren und Verstärkern (nachfolgend zusammenfassend Oszillatoren oder OPOs genannt) wird ankommende elektromagnetische Strahlung, beispielsweise Licht im ultravioletten, sichtbaren, und/oder infraroten Spektralbereich, mittels nichtlinearer Prozesse in Strahlung anderer Wellenlänge umgewandelt. Diese Pumpstrahlung wird dabei in einem oder mehreren nichtlinearen optischen Elementen in zwei Komponenten, die Signal- und die sogenannte Idlerstrahlung, umgewandelt. Solche OPOs sind in Lehrbüchern beschrieben. Als entscheidende Merkmale weisen sie den nichtlinearen Kristall auf, der das Pumplicht in Signal- und Idler umwandelt. Ein Teil der Strahlung oder die gesamte Strahlung wird in den nichtlinearen Kristall zurückführt, wo sie dann verstärkt wird (Rückkopplung). In such optical parametric oscillators and amplifiers (hereinafter collectively called oscillators or OPOs) is incoming electromagnetic radiation, for example light in the ultraviolet, visible, and / or infrared spectral range, by means of non-linear processes in radiation different wavelength converted. This pump radiation is in one or multiple nonlinear optical elements in two components Signal and the so-called idler radiation, converted. Such OPOs are in Textbooks described. They have the key features nonlinear crystal, which converts the pump light into signal and idler. On Part of the radiation or all of the radiation is in the nonlinear crystal leads back where it is then amplified (feedback).

Ein optisch-parametrischer Oszillator dieses einfachen Typs ist beispielsweise in DE 196 23 477 beschrieben. Entscheidendes Merkmal für die Funktionsfähigkeit dieses Typs ist die Phasenanpassung von Pump-, Signal- und Idlerstrahlung, die Impuls- und Energieerhaltung für die Strahlung fordert: ω_pump = ω_signal + ω_idler und k_pump = k_signal+ k_idler, dabei ist ω die Frequenz der Strahlung und k der zugehörige Wellenvektor. Im Falle der Pumpstrahlung kann es sich um cw- oder gepulste Strahlung handeln. In letzter Zeit wurden große Anstrengungen unternommen, neue nichtlineare Kristalle zu entwickeln, die die Effizienz der Lichtumwandlung erhöhen. Dabei können sogenannte periodisch-gepolte Kristalle aufgrund der verbesserten Phasenanpassung diese Effizienz erhöhen. An optical parametric oscillator of this simple type is described for example in DE 196 23 477. The decisive feature for the functionality of this type is the phase adaptation of pump, signal and idler radiation, which requires pulse and energy conservation for the radiation: ω _pump = ω _signal + ω _idler and k _pump = k _signal + k _idler , where ω the frequency of the radiation and k the associated wave vector. In the case of pump radiation, it can be cw or pulsed radiation. Great efforts have recently been made to develop new nonlinear crystals which increase the efficiency of light conversion. So-called periodically poled crystals can increase this efficiency due to the improved phase adjustment.

Es ist zudem wünschenswert, eine Abstimm-Möglichkeit für die zu erzeugenden Wellenlängen der elektromagnetischen Strahlung zu haben. OPOs bieten dazu verschiedene Möglichkeiten wie zum Beispiel Kristallwinkel, Kristalltemperatur, Pumpwellenlänge, Polungsperiode von periodisch gepolten Kristallen. Solche Lösungsmöglichkeiten sind in EP 0 857 997 beschrieben. Für viele Anwendungen ist es vorteilhaft, einen weiten Abstimmbereich zu haben, der sich zum Beispiel über den gesamten sichtbaren Wellenlängenbereich und darüber hinaus ins Ultraviolette und ins Infrarote erstreckt. Dabei ist es mit Hilfe von ultrakurzen Pump-Pulsen in Kombination mit einem periodisch gepolten nichtlinearen Kristall mit einem von 50 : 50 abweichenden Polungszyklus möglich, effizient Wellenlängen im Sichtbaren zu erzeugen und diese abzustimmen. Die Herstellung derartiger Kristalle ist jedoch sehr schwierig und der Abstimmbereich erstreckt sich nicht über den kompletten Spektralbereich, zudem begrenzt die Phasenanpassungsfähigkeit der Kristalle die erreichte Bandbreite. Mehr als 150 nm Bandbreite lassen sich so nicht erzeugen, da bei dünnen Kristallen, die eine hohe Phasenanpassungsbandbreite besitzen, die Konversionseffizienz von Pumplicht zu Signallicht stark absinkt. It is also desirable to be able to vote for those to be generated To have wavelengths of electromagnetic radiation. OPOs offer this various options such as crystal angle, crystal temperature, Pump wavelength, period of polarization of periodically polarized crystals. Such Possible solutions are described in EP 0 857 997. For many applications it is advantageous to have a wide tuning range, for example over the entire visible wavelength range and beyond Ultraviolet and infrared. It is with the help of ultra-short Pump pulses in combination with a periodically poled nonlinear crystal possible with a polarity cycle deviating from 50:50, efficient wavelengths generate in the visible and coordinate them. The manufacture of such However, crystals are very difficult and the tuning range does not extend over the entire spectral range, also limits the Phase adaptability of the crystals the bandwidth achieved. Leave more than 150 nm bandwidth do not generate themselves because thin crystals with a high Have phase adjustment bandwidth, the conversion efficiency of pump light too Signal light drops sharply.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen solchen optisch-parametrischen Oszillator und/oder Verstärker zu schaffen, der sich mit einfachen und kostengünstigen Mitteln umsetzen läßt und der Pulse mit hoher Bandbreite, weiter spektraler Durchstimmbarkeit und potentiell kurzer Pulsdauer erzeugt, wobei die erreichbare Pulsdauer invers proportional zu ihrer spektralen Bandbreite ist. The object of the present invention is such an optical parametric To create an oscillator and / or amplifier that can be used with simple and can implement inexpensive means and the pulses with high bandwidth, further spectral tunability and potentially short pulse duration, the achievable pulse duration is inversely proportional to its spectral bandwidth.

Diese Aufgabe wird durch einen Oszillator und/oder Verstärker mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruch 1 gelöst. This task is performed with an oscillator and / or amplifier characterizing features of claim 1 solved.

Der erfindungswesentliche Kerngedanke liegt darin, die bei den rückgekoppelten QPOs bislang benutzten Kristalle durch mehr oder minder lange Wellenleiter zu ersetzten. Diese Wellenleiter sind dabei so beschaffen, daß sie zumindest ein Teilstück aufweisen, in dem nichtlineare optische Prozesse auftreten oder als Ganzes derart beschaffen sind. Erfindungsgemäß zeichnen sich die Wellenleiter oder die entsprechenden Teilstücke dadurch aus, daß sie diese Eigenschaften schon auf einer Länge von weniger als 10 Metern gewährleisten, wobei der Durchmesser 10 Mikrometer nicht überschritten ist. Wegen besonders starker nichtlinearer Prozesse ist es dabei zu bevorzugen, wenn der Durchmesser weniger als 6 Mikrometer beträgt. The core idea of the invention is to replace the crystals previously used in the feedback QPOs with more or less long waveguides. These waveguides are designed in such a way that they have at least one section in which nonlinear optical processes occur or are designed as such as a whole. According to the invention, the waveguides or the corresponding sections are distinguished by the fact that they ensure these properties over a length of less than 10 meters, the diameter not exceeding 10 micrometers. Because of particularly strong nonlinear processes, it is preferable if the diameter is less than 6 micrometers.

Zudem ist es besonders vorteilhaft, wenn sich der Wellenleiter von einem zunächst großen Durchmesser zu dem Teilstück geringeren Durchmessers verjüngt. Ein solcher sich verjüngender Wellenleiter macht die Einkopplung des Lichtes in das nichtlineare enge Teilstück auf einfache Weise möglich und ist damit einfacher zu handhaben, als eine Einkopplung, die beispielsweise durch eine fokussierende Optik erfolgt. Um eine besonders einfach handhabbare Auskopplung des Lichtes zu gewährleisten, ist es vorteilhaft, wenn der Wellenleiter im Teilstück zu einer Taille verjüngt ist, sich also nach der Verjüngung wieder zu einem größeren, insbesondere dem ursprünglichen Querschnitt erweitert. Dabei hat sich herausgestellt, daß eine Taillenlänge von mehr als einem Millimeter und von weniger als 300 Millimetern besonders vorteilhaft ist. Solche Fasern können bequem in entsprechenden Halterungen eingespannt werden, so daß eine große mechanische Stabilität gewährleistet ist. In addition, it is particularly advantageous if the waveguide differs from one initially large diameter to the section of smaller diameter rejuvenated. Such a tapered waveguide makes the coupling of the Light in the nonlinear narrow section is possible and is simple thus easier to handle than a coupling, for example by there is a focusing optic. To be particularly easy to use To ensure coupling of the light, it is advantageous if the waveguide is tapered to a waist in the section, that is, it tapers again after the taper a larger, especially the original cross section expanded. there has been found that a waist length of more than one millimeter and of less than 300 millimeters is particularly advantageous. Such fibers can can be conveniently clamped in appropriate holders, so that a large mechanical stability is guaranteed.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, den erfindungsgemäßen nichtlinearen Wellenleiter zu realisieren. Eine besonders einfache und daher zu bevorzugende Form ist die der sogenannten "tapered fiber". Dazu wird eine bekannte Glasfaser lokal so lange erwärmt, bis sie sich an dieser Stelle strecken läßt. Beim Strecken verjüngt sie sich entsprechend, wobei auf einfache Weise Taillen eines Durchmessers von weniger als 6 Mikrometer bei großer Homogenität herstellbar sind. Solche Fasern sind dazu geeignet, ein Kontinuum von Licht, das vom UV über das Sichtbare bis ins Infrarote reicht, mittels gepulster Lichtanregung zu erzeugen. Die Verfahren zur Erzeugung derartiger tapered fibers sind u. a. in WO 01/86347 A1 und US 5,960,146 beschrieben. Dabei ist die Funktionsfähigkeit keineswegs auf die dort beschriebenen Taillenlängen von mehr als 20 mm beschränkt. Es konnte nachgewiesen werden, daß auch kleinere Taillenlängen funktionieren. Ebenso sind sich verjüngende Fasern für den erfindungsgemäßen Einsatz denkbar, die keine symmetrische Taillenform besitzen. In den genannten Veröffentlichungen wird lediglich Laserlicht in die Fasern hineingeschickt und modifiziertes Licht verlässt die Faser wieder. Der erfindungsgemäße Aspekt der Rückkopplung ist jedoch nicht genannt. There are several options for the nonlinear waveguide according to the invention to realize. A particularly simple and therefore preferred form is the so-called "tapered fiber". For this purpose, a well-known glass fiber is used locally for so long warmed until it can be stretched at this point. It rejuvenates when stretched itself accordingly, with waists of a diameter of less than 6 micrometers can be produced with great homogeneity. Such fibers are capable of creating a continuum of light that ranges from UV to the visible into the infrared range by means of pulsed light excitation. The proceedings to produce such tapered fibers are u. a. in WO 01/86347 A1 and US 5,960,146 described. The functionality is in no way based on that there described waist lengths of more than 20 mm limited. It could it can be demonstrated that smaller waist lengths also work. As well Tapered fibers are conceivable for use in accordance with the invention do not have a symmetrical waist shape. In the publications mentioned only laser light is sent into the fibers and modified light leaves the fiber again. The aspect of feedback according to the invention is however not mentioned.

Zwar wurde schon vorgeschlagen, die nichtlineare Wechselwirkung, genauer gesagt das Vierwellenmischen in einer Faser, als nichtlineares Element in einem OPO anstelle eines Kristalls einzusetzen. Allerdings ist der Nachteil solch eines Aufbaus die relativ hohe Komplexität, die als Wellenlängenfilter ein Sagnac- Interferometer vorsieht. Die Ursache des Nachteil dieses Aufbaus ist die Tatsache, daß die nichtlineare Wechselwirkung des Lichtes in einer Standardfaser relativ gering ist. Auch dispersionskompensierte Fasern benötigen noch wesentlich mehr als 10 Meter Länge, um eine ausreichende Nichtlinearität zu erzeugen. Dabei liegt die Ausgangsleistung solcher Systeme im Bereich von weniger als 1 mW. It has been suggested that the nonlinear interaction be more precise said four-wave mixing in one fiber, as a nonlinear element in one Use OPO instead of a crystal. However, the disadvantage is that The relatively high level of complexity, which as a wavelength filter is a Interferometer provides. The cause of the disadvantage of this construction is the fact that the nonlinear interaction of light in a standard fiber is relative is low. Dispersion-compensated fibers also need a lot more than 10 meters in length to create sufficient non-linearity. Here lies the output power of such systems in the range of less than 1 mW.

Der erfindungsgemäße nichtlineare Wellenleiter kann auch durch andere Arten von Fasern realisiert werden. Es bieten sich Fasern an, die eine das Licht leitende dünne Innenfaser aufweisen, die von im wesentlichen zum Erreichen einer mechanischen Festigkeit von Hohlfasern umgeben ist ("holey fiber"). Die Innenfaser hat dabei vorteilhafter Weise die oben beschriebenen Dimensionen. Als Wellenleiter können auch optische Fasern eingesetzt werden, die Bereiche mit einer Mikrostruktur aufweisen ("photonic crystal fiber"). The nonlinear waveguide according to the invention can also be of other types of fibers can be realized. There are fibers that are light-conducting Have thin inner fibers that are essentially to achieve one mechanical strength is surrounded by hollow fibers ("holey fiber"). The Inner fiber advantageously has the dimensions described above. Optical fibers can also be used as waveguides, the areas with have a microstructure ("photonic crystal fiber").

Die wesentlichen Vorteile der Erfindung liegen darin, daß die Probleme mit der komplizierten und teuren Herstellung von speziellen nichtlinearen Kristallen, die auch noch in ihrer Phasenanpassungsbandbreite limitiert sind, umgangen werden und die Phasenanpassungsbedingung wegfallen. Zudem ist eine hohe Effizienz der Umwandlung und eine gute Durchstimmbarkeit der Wellenlängen von Signal- und Idler sowie eine große Verstärkungsbandbreite gegeben. The main advantages of the invention are that the problems with the complicated and expensive manufacture of special nonlinear crystals that are also limited in their phase adjustment bandwidth and the phase adjustment condition no longer applies. It is also high efficiency the conversion and good tunability of the wavelengths of signal and idler as well as a large gain range.

Mit der Erfindung ist es möglich, Weisslicht oder sogar Licht mit einer spektralen Bandbreite von UV über sichtbares Licht bis ins Infrarote zu verstärken und als Ausgangssignal des OPOs verfügbar zu machen. Dabei ist es von Vorteil, daß mit der Erfindung auch nur einen Teil der Wellenlängen oder nur schmalbandiges Licht erzeugt werden kann. Die Erfindung realisiert optisch-parametrische Oszillatoren als Wellenlängenkonverter, welche die oben genannten Vorteile aller verschiedenen Ansätze kombinieren. Insbesondere werden nichtlinearen Kristalle nicht mehr benötigt und die Wellenleiter besitzen im Gegensatz zu den Kristallen eine spektral sehr breite Phasenanpassung. Auf das Phasenanpassungskriterium kann eventuell ganz verzichtet werden, so daß die erfindungsgemäßen OPOs spektral weit abstimmbar sind. Sie sind temporal abstimmbar und können u. U. sehr kurze Pulse erzeugen. Die eingesetzten Wellenleiter besitzen eine hohe Nichtlinearität und somit einen großen Konversionseffizienz und eine hohe Verstärkung. Sie liefern eine im Vergleich zu bisher bekannten OPOs eine hohe Ausgangsleistung und zeichnen sich durch einen kompakten Aufbau aus. Dabei verursachen sie wesentlich geringere Kosten in der Herstellung als bisherige Systeme mit nichtlinearen Kristallen oder mit dispersionskompensierten Fasern. With the invention it is possible to use white light or even light with a spectral Range from UV to visible light to infrared and as To make the output signal of the OPO available. It is advantageous that with the invention also only a part of the wavelengths or only narrow-band Light can be generated. The invention realizes optical parametric Oscillators as wavelength converters, which have all the advantages mentioned above combine different approaches. In particular, nonlinear crystals no longer needed and the waveguides, unlike the crystals a spectrally very wide phase adjustment. On the phase adjustment criterion can possibly be dispensed with entirely, so that the OPOs according to the invention are spectrally wide tunable. They are temporally adjustable and can u. U. generate very short pulses. The waveguides used have a high Non-linearity and thus a great conversion efficiency and a high one Gain. They deliver a high level compared to previously known OPOs Output power and are characterized by a compact structure. there they cause much lower manufacturing costs than previous ones Systems with non-linear crystals or with dispersion-compensated fibers.

Die gewerblichen Anwendungensmöglichkeiten eines solchen Systems sind wegen der genannten Eigenschaften vielfältig. Die günstigen Kosten, die Kompaktheit, die weite spektrale Durchstimmbarkeit, die hohe spektrale Bandbreite, die hohe Ausgangsleistung und die hohe Konversionseffizienz machen den Einsatz in optischen Telekommunikationssystemen, in Glasfasersystemen und -netzen, in der Spektroskopie, in der Pump-Abfrage- Untersuchung von festen, flüssigen oder gasförmigen Proben, in der Dermatologie, in der Augenbehandlung, in der Zahnbehandlung, in Laserchirurgie- Anwendungen, in der Oberflächenanalytik, in der Interferometrie und in der Kohärenztomographie möglich. Das System läßt sich beispielsweise als Weisslichtquelle, als Supercontinuumsquelle, als Ultraviolettquelle, als lnfrarotquelle, als durchstimmbare Laserquelle, als Lichtquelle für Laserprojektoren und als Lichtquelle für das Laserfernsehen einsetzen. The commercial applications of such a system are diverse because of the properties mentioned. The cheap cost that Compactness, the wide spectral tunability, the high spectral Bandwidth, high output power and high conversion efficiency make use in optical telecommunication systems, in Glass fiber systems and networks, in spectroscopy, in pump inquiry Analysis of solid, liquid or gaseous samples in which Dermatology, in eye treatment, in dental treatment, in laser surgery Applications, in surface analysis, in interferometry and in Coherence tomography possible. The system can be, for example, as White light source, as a super continuum source, as an ultraviolet source, as Infrared source, as a tunable laser source, as a light source for Use laser projectors and as a light source for laser television.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im folgenden anhand der Fig. 1 bis 5 näher beschrieben. Es zeigen: Embodiments of the invention are described below with reference to FIGS. 1 to 5. Show it:

Fig. 1 ein Schema eines optisch-parametrischen Oszillators (OPO), Fig. 1 is a diagram of an optical parametric oscillator (OPO),

Fig. 2 das Schema eines OPOs mit Spiegelsystem, Fig. 2 shows the schematic of a OPOs with mirror system,

Fig. 3 das Schema eines OPOs mit Spiegeln und Linsen, Fig. 3 a diagram of an OPO with mirrors and lenses,

Fig. 4 das Schema eines OPOs mit linearem Resonator und Fig. 4 shows the schematic of an OPO with a linear resonator and

Fig. 5 das Spektrum eines erfindungsgemäßen OPOs. Fig. 5 shows the spectrum of an OPO invention.

In Fig. 1 ist mit 1 ein gepulster Pumplaser bezeichnet, dessen emittierter Strahl in einen Einkoppler 50 zur Kombination zweier einlaufender Strahlen eingestrahlt wird. In einen zweiten Eingang des Einkopplers 50 wird ein zur Rückkopplung dienender Strahl eingestrahlt, der aus einem Synchronisationselement 80herausgeführt ist. Die Rückkopplungsstrecke ist derart beschaffen, daß der kombinierte Strahl aus dem Einkoppler 50 in einen nichtlinearen Wellenleiter 10, in diesem Falle eine tapered fiber, eingekoppelt wird. Durch diesen Wellenleiter 10 im Spektrum modifiziert gelangt die Strahlung über eine als Wellenleiter ausgebildete Rückkopplungsstrecke 20 zu einem Auskoppler (51) zum Auskoppeln eines Teils 40 der Strahlung aus dem Strahlengang. Der nicht ausgekoppelte Rest wird dem Synchronisationselement 80 zugeführt, das mit einer Abstimmvorrichtung 100 kontrollierbar ist. Mit der Abstimmvorrichtung 100 ist auch die Eigenschaft des Wellenleiters 10 beeinflußbar, wobei auch die Wellenlänge, die Pulsdauer, die Intensität, die spektrale Bandbreite und/oder die Phase mittels der Abstimmvorrichtung durchstimmbar ist. Zur Erzeugung einer hohen Leistung wird das rückgekoppelte Licht mit dem Pumplicht zeitlich synchronisiert. In Fig. 1, 1 denotes a pulsed pump laser, the emitted beam of which is radiated into a coupler 50 for combining two incoming beams. A beam serving for feedback, which is led out of a synchronization element 80 , is radiated into a second input of the coupler 50 . The feedback path is such that the combined beam from the coupler 50 is coupled into a nonlinear waveguide 10 , in this case a tapered fiber. Modified in spectrum by this waveguide 10 , the radiation passes via a feedback path 20 designed as a waveguide to a decoupler ( 51 ) for decoupling a part 40 of the radiation from the beam path. The rest that is not coupled out is fed to the synchronization element 80 , which can be checked with a tuning device 100 . The property of the waveguide 10 can also be influenced by the tuning device 100 , the wavelength, the pulse duration, the intensity, the spectral bandwidth and / or the phase also being tunable by means of the tuning device. The feedback light is synchronized with the pump light in order to generate a high output.

Der benutzte nichtlineare Wellenleiter, hier die sich verjüngende tapered fiber, erzeugt durch nichtlineare Prozesse in Wechselwirkung mit dem Licht andere Wellenlängenkomponenten. Diese werden unverändert oder modifiziert in die Faser zurückführt. Die Modifikation kann spektral, temporal oder durch Aufprägung eines bestimmten Phasenverhaltens erfolgen. Vorzugsweise sollte die Rückkopplung synchron mit den Pumppulsen erfolgen, aber Zeitverschiebungen zwischen Rückkopplungspuls und Pumppuls können ebenfalls gewünschte Effekte hervorrufen. Parallel und/oder seriell zu der ersten getaperten Faser können weitere getaperte Fasern in die Rückkopplungsstrecke eingefügt sein. Generell kann eine solche Vorrichtung zur Erzeugung von Strahlung eines bestimmten oder mehrerer Wellenlängenbereiche gleichzeitig eingesetzt sein. Die Pulse haben in diesen Beispielen eine Pulsdauer zwischen 100 Femtosekunden und 100 Pikosekunden. Die Pulsenergie kann zwischen 1 pJ und 10 nJ liegen. Der Abstand der einzelnen Pulse liegt typischerweise bei 12 ns. Wiederholungsraten zwischen einigen ps und 100 ns können auch vorteilhaft sein. The non-linear waveguide used, here the tapered tapered fiber, generated by nonlinear processes in interaction with the light Wavelength components. These are unchanged or modified in the Fiber returns. The modification can be spectral, temporal or through A specific phase behavior is imprinted. Preferably the Feedback takes place synchronously with the pump pulses, but time shifts between the feedback pulse and the pump pulse can also have the desired effects cause. Can be parallel and / or serial to the first tapered fiber further tapered fibers can be inserted into the feedback path. As a general rule can such a device for generating radiation of a particular or several wavelength ranges can be used simultaneously. The pulses have in a pulse duration between 100 femtoseconds and 100 Picoseconds. The pulse energy can be between 1 pJ and 10 nJ. The The distance between the individual pulses is typically 12 ns. repetition rates between a few ps and 100 ns can also be advantageous.

In die Rückkopplungsstrecke 20 ist ein Element zur spektralen Kontrolle, zur Beeinflussung und/oder Veränderung 62, ein Element zur Amplituden- und/oder Phasenkontrolle, -beeinflussung und/oder -veränderung 61, und/oder ein zeitlicher Pulsformer, -beeinflusser oder -veränderer 60, eingebracht, wobei diese Elemente mittels der Abstimmvorrichtung 100 durchstimmbar sind. Neben den erwähnten können noch weitere Elemente in die Rückkopplungsstrecke 20 eingebracht sein. In the feedback path 20 is an element for spectral control, for influencing and / or changing 62 , an element for amplitude and / or phase control, influencing and / or changing 61, and / or a temporal pulse shaper, influencer or changer 60, introduced, these elements being tunable by means of the tuning device 100 . In addition to those mentioned, other elements can also be introduced into the feedback path 20 .

In der Ausführungsform nach Fig. 2 wird ein Pumplaser 1 über ein Element 50 zur Kombination zweier einlaufender Strahlen und einen Einkoppler 11 in die getaperte Faser 10 eingekoppelt. Das Licht wird dann mittels eines Auskopplers 12 aus der getaperten Faser ausgekoppelt und über einen Spiegel 21 und ein Element 51 zum Auskoppeln eines Teilstrahles und einen weiteren Spiegel 21 einem Synchronisationselement 80 und vermittels des Elementes 50 wieder in die Faser zurückgekoppelt. In the embodiment according to FIG. 2, a pump laser 1 is coupled into the tapered fiber 10 via an element 50 for combining two incoming beams and a coupler 11 . The light is then decoupled from the tapered fiber by means of a decoupler 12 and is coupled back into the fiber via a mirror 21 and an element 51 for decoupling a partial beam and a further mirror 21, a synchronization element 80 and by means of the element 50 .

In der Ausführungsform nach Fig. 3 wird der Pumplaser 1 durch einen Faraday- Isolator 30 und einen teildurchlässigen Spiegel 22 zu Einkopplung durch eine Linse als Einkoppler 11 in die getaperte Faser 10 eingekoppelt und danach durch eine Linse als Auskoppler 12 und weitere Spiegeln 21 in die getaperte Faser 10 zurückgeführt. Einer der Spiegel ist entlang seiner Oberflächennormalen verschiebbar auf einem Verschiebetisch 81 montiert. Beim Durchlaufen eines teildurchlässigen Spiegels 24 wird ein Teil der Strahlung ausgekoppelt, wobei der ausgekoppelte Strahl 40 als Nutzstrahl zur Verfügung steht. Der Nutzstrahl 40 kann als durchstimmbare Lichtquelle dienen. Die Abstimmung geschieht durch die Abstimmvorrichtung 100, vorzugsweise durch Verstimmen der Resonatorlänge am Verschiebetisch 81 und/oder durch einen teildurchlässigen Spiegel mit selektiver spektraler Charakteristik oder Filter 22. In der Rückkopplungsstrecke kann auch ein Interferometer mit Translationselement eingebaut sein. In the embodiment according to FIG. 3, the pump laser 1 is coupled into the tapered fiber 10 by a Faraday insulator 30 and a partially transparent mirror 22 for coupling by a lens as a coupler 11 and then by a lens as a coupler 12 and further mirrors 21 in the tapered fiber 10 returned. One of the mirrors is slidably mounted on a sliding table 81 along its surface normal. When passing through a partially transparent mirror 24 , part of the radiation is coupled out, the coupled beam 40 being available as a useful beam. The useful beam 40 can serve as a tunable light source. The tuning is done by the tuning device 100 , preferably by detuning the resonator length on the sliding table 81 and / or by a partially transparent mirror with selective spectral characteristics or filter 22 . An interferometer with a translation element can also be installed in the feedback path.

In einer anderen Ausführungsform ist die Rückkopplung als linearer Resonator und nicht als Ringresonator ausgebildet, wobei der aus der getaperten Faser 10 ausgekoppelte Strahl durch ein Synchronisationselement 80 und einen Spiegel 21 in die getaperte Faser zurückgekoppelt wird (Fig. 4). In another embodiment, the feedback is designed as a linear resonator and not as a ring resonator, the beam decoupled from the tapered fiber 10 being fed back into the tapered fiber by a synchronization element 80 and a mirror 21 ( FIG. 4).

In Fig. 5 ist das Spektrum gezeigt, das mit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung erzeugt wird, wenn die Pumppulse eine Wellenlänge von 800 nm und eine Widerholrate 75 fs von haben, wobei die rückgekoppelten Pulse zeitlich derart synchronisiert sind, daß eine Überlappung der Pulse herbeigeführt ist. In FIG. 5, the spectrum is shown, which is generated with an inventive device, when the pumping pulses nm, a wavelength of 800 and a repeatability 75 fs of have, wherein the feedback pulses are synchronized in time such that an overlapping of the pulses is caused.

Die Ausgangsleistung der Pumpstrahlung beträgt vorzugsweise einige mW, kann aber auch über 10 mW betragen. Die Konversionseffizienz kann über 10% liegen. Die spektrale Breite erreicht leicht 200 nm und mehr, wobei eine Abstimmbarkeit von mehr als 100 nm möglich ist. The output power of the pump radiation is preferably a few mW, can but also be over 10 mW. The conversion efficiency can be over 10%. The spectral width easily reaches 200 nm and more, with a tunability of more than 100 nm is possible.

Claims

1. Optical-parametric oscillator and / or amplifier having a non-linear optical element ( 10 ), into which light from a laser ( 1 ) is coupled as a pump beam during operation, the spectral range of the pump beam changing, in particular, when it passes through the element ( 10 ) is widened, and wherein at least a part of the light which has passed through the element (10), coupled out of the beam and is coupled back into the element (10), characterized in that the element (10) has an optical waveguide in which Nonlinear optical processes occur at least on a section, the section having a diameter of less than 10 micrometers and a length of less than 10 meters.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the waveguide ( 10 ) tapers to the portion of smaller diameter.

3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the waveguide ( 10 ) is tapered to a waist in the section.

4. The device according to claim 3, characterized in that the waveguide ( 10 ) is a stretched fiber ("tapered fiber").

5. The device according to claim 3 or 4, characterized in that the waist is a length of has more than 1 millimeter and less than 300 millimeters.

6. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the section or waist has a diameter of less than 6 micrometers.

7. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the pump laser ( 1 ) is pulsed.

8. The device according to claim 1, characterized in that the waveguide ( 10 ) has a light-conducting inner fiber which is surrounded by hollow fibers ("holey fiber").

9. The device according to claim 1, characterized in that the waveguide ( 10 ) has areas with a microstructure ("photonic crystal fiber").

10. Device according to one of the preceding claims, characterized by the following elements:

- A pulsed laser ( 1 ) as a pump source

A coupler ( 50 ) for combining two incoming beams,

- An optical fiber ( 10 ) as a non-linear waveguide,

- A feedback path ( 20 ),

- A decoupler ( 51 ) for separating part ( 40 ) of the radiation from the beam path and

- A synchronization element ( 100 ) for the synchronization of pump pulses and feedback pulses.

11. The device according to claim 10, characterized by a voting element Tuning the wavelength, the pulse duration, the intensity, the spectral bandwidth and / or phase.

12. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the pulses of the feedback light with the pulses of the pump light in time are synchronized, in particular an overlap of the pulses is brought about.

13. Device according to one of the preceding claims, characterized in that at least one further tapered fiber is inserted into the feedback path ( 20 ).

14. Use of a device according to one of the preceding claims Generation of white light, as a super continuum source or as tunable laser source.