[发明专利]具有用于脉冲式激光辐射的光谱展宽的光学系统的激光系统和用于脉冲式激光辐射的光谱展宽的方法

说明书

一种激光系统(1)包括用于提供脉冲式激光辐射(9)的激光辐射源(7)，其中，脉冲式激光辐射包括脉冲能量在1mJ至100J范围内或在10mJ至1J范围内并且脉冲持续时间在10fs至5ps范围内或在500fs至1.5ps范围内的激光脉冲(11)。激光系统(1)还包括用于脉冲式激光辐射(9)的光谱展宽的光学系统(3)。光学系统(3)包括：‑第一偏振调设光学器件(19)，该第一偏振调设光学器件调设脉冲式激光辐射(9)的圆偏振状态(17B)，以及‑多通池(5)，该多通池具有至少两个镜(25A，25B)，脉冲式激光辐射(9)穿过该多通池，形成多个中间聚焦区(29)，其中，多通池(5)填充有具有光学非线性的填充气体(5A)，其中，填充气体(5A)实现脉冲式激光辐射(9)在中间聚焦区(29)中的光谱展宽。此外，将填充气体(5A)的压强调设在压强范围内，在该压强范围内，存在填充气体(5A)在多光子电离的范畴中的电离性能，并且将中间聚焦区(29)的聚焦直径(d)调设成使得脉冲式激光辐射(9)在填充气体(5)不电离的情况下穿过多通池(5)。

技术领域

本发明涉及具有用于脉冲式激光辐射的光谱展宽的光学系统的激光系统，并且涉及用于发射具有高脉冲能量的脉冲式激光辐射的激光系统、尤其超短脉冲(ultrashortpulse，USP)激光系统。此外，本发明涉及一种用于脉冲式激光辐射、尤其超短脉冲序列的光谱展宽的方法。

背景技术

DE 10 2014 007159 A1披露了一种用于非线性脉冲压缩的激光脉冲的光谱展宽的方法，该方法使用具有一系列非线性相互作用区段的布置，比如可以在例如以所谓的赫里奥特池(Herriott cell)的形式构造的多通池中提供的相互作用区段。在此，目标是激光脉冲的光谱展宽，即使在脉冲功率大于用于光谱展宽的非线性介质的临界功率的情况下，也可以进行该光谱展宽。

本发明的目的是提出可以在紧凑的结构中、甚至尤其在高脉冲能量和可选地高平均功率的情况下用于脉冲式激光辐射(例如超短脉冲序列)的光谱展宽的系统和方法。尤其，在此应利用填充气体中的非线性效应来影响具有高脉冲能量的激光脉冲在具有空间上尽可能小的布置中的光谱展宽。

发明内容

这些目的中的至少一个目的是通过根据权利要求1所述的激光系统和根据权利要求10所述的用于脉冲式激光辐射的光谱展宽的方法来实现的。从属权利要求中说明扩展方案。

在第一方面，激光系统包括用于提供脉冲式激光辐射的激光辐射源。脉冲式激光辐射包括脉冲能量在1mJ至100J的范围内、优选地在10mJ至1J的范围内并且脉冲持续时间在10fs至5ps的范围内、优选地在500fs至1.5ps的范围内的激光脉冲。此外，激光系统包括用于脉冲式激光辐射的光谱展宽的(至少一个)光学系统，该光学系统包括第一偏振调设光学器件和多通池，该第一偏振调设光学器件调设脉冲式激光辐射的圆偏振状态，该多通池具有至少两个镜。在构造多个中间聚焦区的情况下，以圆偏振状态存在的脉冲式激光辐射穿过多通池。多通池填充有具有光学非线性的填充气体，其中，填充气体实现脉冲式激光辐射在中间聚焦区中的光谱展宽。在多通池中，将填充气体的压强调设在压强范围内，在该压强范围内，存在填充气体的在多光子电离的范畴下的电离性能。此外，如此调设中间聚焦区的聚焦直径，使得脉冲式激光辐射在填充气体(在中间聚焦区中)不电离的情况下穿过多通池。

另一方面包括一种使用多通池的填充气体的非线性来对脉冲式激光辐射进行光谱展宽的方法，该多通池具有至少两个镜。多通池形成多个中间聚焦区。该方法包括以下步骤：

-产生脉冲式激光辐射，该脉冲式激光辐射包括脉冲能量在1mJ至100J的范围内、尤其在10mJ至1J的范围内并且脉冲持续时间在10fs至5ps的范围内、尤其在500fs至1.5ps的范围内的激光脉冲，

-调设脉冲式激光辐射的圆偏振状态以用于穿过多通池，

-将该脉冲式激光辐射耦合输入到多通池中，其中，该脉冲式激光辐射穿过多个中间聚焦区并且在中间聚焦区中与填充气体非线性地相互作用，从而实现脉冲式激光辐射在中间聚焦区中的光谱展宽，