einem Aufteilungselement, das einen Eingangslaserstrahl in eine Anzahl von räumlich getrennten Teilstrahlen aufteilt,

wenigstens einem optischen Verstärker, durch den die räumlich getrennten Teilstrahlen propagieren,

- wenigstens einem Weglängen-Stellelement, das die Weglänge wenigstens eines der Teilstrahlen verstellt, und

einem Kombinationselement, das die Teilstrahlen in einem Ausgangsstrahl kohärent überlagert.

Die Leistungsfähigkeit von optischen Komponenten, z.B. von Laserverstärkern, spektralen Verbreiterungselementen, Transportfasern, Optiken (z.B. Spiegeloberflächen, Substrate, Linsen) usw. ist durch verschiedene physikalische Effekte begrenzt. Dabei ist zwischen der Durchschnittsleistung und der bei gepulsten Systemen wichtigen Pulsspitzenleistung zu unterscheiden. Eine Begrenzung ist auf thermische Effekte zurückzuführen, welche ab einer gewissen Durchschnittsleistung auftreten und von der Geometrie des Elementes sowie äußeren Einflüssen abhängen. Als ein Beispiel für diese Effekte kann bei klassischen Festkörperlasern eine Veränderung des Ausgangsstrahls aufgrund des Auftretens einer thermischen Linse angeführt werden. Bei Faserverstärkern stellt dagegen das Auftreten von Modeninstabilitäten durch thermische Effekte eine Begrenzung der erreichbaren mittleren Ausgangsleistung dar. Bei hohen Pulsspitzenleistungen treten darüber hinaus nichtlineare Effekte im Medium auf, wie z.B. Selbstphasenmodulation. Diese sorgen für eine räumliche bzw. zeitliche Veränderung der Phase der Laserstrahlung. Im zeitlichen Bereich kann es deshalb zu einer nicht gewünschten Verformung des Pulses kommen, was vor allem bei Pulsen mit hoher Bandbreite zu einer Verringerung der Pulsqualität und Verlängerung der Pulsdauer führt. Im räumlichen Bereich können diese nichtlinearen Effekte zur Selbstfokussierung des Strahls führen, was schnell eine Zerstörung des jeweiligen Mediums hervorrufen kann. Neben der Begrenzung der maximal möglichen Pulsspitzenleistung in Verbindung mit einer gegebenen Pulsform bzw. Pulslänge bewirken nichtlineare Effekte auch eine Begrenzung der maximalen Pulsenergie. Zusätzlich sind Beschädigungen des Mediums bei hohen Pulsspitzenleistungen oder Pulsenergien möglich, welche ebenfalls eine Begrenzung darstellen können.

In Elementen zur spektralen Verbreiterung werden nichtlineare Effekte ausgenutzt. Auch dort gibt es aber limitierende physikalische Effekte. Werden als nichtlineare Medien Festkörpermaterialien in Form von Kristallen oder Fasern eingesetzt, dann ist vor allem durch die bereits beschriebene Selbstfokussierung eine Grenze für die Pulsspitzenleistung gegeben. Verwendet man edelgasgefüllte Kapillaren als nichtlineares Medium, sind deutlich höhere Pulsspitzenleistungen möglich, wobei auch diese mit existierenden Lasersystemen bereits erreicht werden. Darüber hinaus kann die hohe Intensität zur Ionisation des Gases führen, was nicht erwünscht ist.

Verschiedene Ansätze zur Überwindung dieser Begrenzungen und zur Steigerung der erreichbaren mittleren Ausgangsleistung sind aus dem Stand der Technik bekannt.

Zum Beispiel existieren Ansätze zur Vermeidung von Limitierungen in Bezug auf die optische Verstärkung und die spektrale Verbreiterung.

Durch Vergrößerung der Strahlfläche ist es möglich, die Leistungsdichte bzw. die Pulsspitzenintensitäten in den verwendeten optischen Elementen zu reduzieren. Ein Beispiel beim Einsatz von faseroptischen Elementen ist die Verwendung von so genannten Large-Mode-Area Fasern. Dies ermöglicht aufgrund der größeren Strahlfläche eine entsprechende Erhöhung der Pulsspitzenleistung ohne nachteilige Auswirkungen. Eine wesentliche Herausforderung besteht hierbei allerdings in der Aufrechterhaltung einer hohen Strahlqualität, da eine ausreichend hohe Oberflächenqualität der verwendeten optischen Komponenten mit wachsender Größe der Komponenten (entsprechend der vergrößerten Strahlfläche) in der Praxis kaum gewährleistet werden kann. Mängel der Oberflächenqualität führen schließlich zu einer unerwünschten Wellenfront- verzerrung des Laserstrahls.

Durch Verwendung von beispielsweise zirkular polarisierten Pulsen kann die Stärke des Kerr-Effekts herabgesetzt werden, welcher u.a. für das Auftreten der Selbstfokussierung verantwortlich ist.

Durch Manipulation der spektralen Phasen oder Amplituden kann eine Degradation der Pulsqualitat durch nichtlineare Effekte kompensiert werden.

Bei der so genannten Chirped-Pulse Amplification (CPA) erfolgt vor der Verstärkung eine zeitliche Streckung der Pulse, sodass die Pulsspitzenleistung während der Verstärkung entsprechend reduziert wird. Nach der Verstärkung werden die Pulse wieder zeitlich komprimiert.

Bei der so genannten Divided Pulse Amplification (DPA) bzw. Divided Pulse Nonlinear Compression (DPNLC) erfolgt eine Aufteilung eines Pulses in mehrere zeitlich getrennte Pulsreplika. Nach der Verstärkung bzw. Verbreiterung der Pulse des Pulszuges erfolgt eine Rekombination in einem Puls. Aufgrund der zeitlichen Aufteilung ist die Pulsspitzenleistung jeder Pulsreplika kleiner als diejenige eines einzelnen Pulses.

Räumlich getrennte Verstärker bzw. spektrale Verbreiterungselemente können verwendet werden, wobei eine Aufspaltung des Eingangsstrahls mittels Strahlteilern in mehrere Teilstrahlen erfolgt. Diese werden in mehreren räumlich getrennten, unabhängigen optischen Elementen/Kanälen verstärkt bzw. spektral verbreitert und schließlich wieder in einem Strahl kombiniert. Dabei ist zwischen Kombination von Signalen gleicher oder unterschiedlicher Spektren zu unterscheiden. Bei der spektral gleichen Kombination propagieren in den verschiedenen Kanälen die gleichen spektralen Komponenten, es findet am Strahlteiler nur eine Teilung der Leistung statt. Bei der spektralen Kombination hingegen findet zusätzlich noch eine spektrale Teilung der Eingangslaserstrahlung statt. Kombinationen beider Verfahren sind möglich. Zusätzlich ist die zeitliche Phasenlage der einzelnen Teilstrahlen von fundamentaler Bedeutung, welche im sub-Wellenlängenbereich übereinstimmen muss. In einigen Fällen kann aufgrund des Aufbaus gewährleistet werden, dass diese Bedingung durchgehend erfüllt ist. Ansonsten kann eine aktive Stabilisierung der Phasenlagen nötig sein. Darüber hinaus muss im gepulsten Betrieb der möglichst genaue zeitliche Überlapp der einzelnen Pulse bei der Kombination gewährleistet werden. Eine Abweichung führt zu einer Verringerung der Kombinationseffizienz. Bei der spektral gleichen Kombination ist es zusätzlich erforderlich, dass die einzelnen Pulse in den Kanälen selbst möglichst identische Phasen- bzw. Amplitudenprofile aufweisen. Abweichungen können hier ebenfalls zu einer Verringerung der Kombinationseffizienz führen (siehe J. Limpert, A. Klenke, M. Kienei, S. Breitkopf, T. Eidam, S. Hädrich, C. Jauregui, and A. Tünnermann, "Performance Scaling of Ultrafast Laser Systems by Coherent Addition of Femtosecond Pulses," IEEE J. Sei. Top. Quantum Electron. 20, 268- 277, 2014; Guichard, M. Hanna, L. Lombard, Y. Zaouter, C. Hönninger, F. Morin, F. Druon, E. Mottay, and P. Georges, "Two-channel pulse synthesis to overcome gain narrowing in femtosecond fiber amplifiers.," Opt. Lett. 38, 5430-3, 2013; T. W. Hänsch and B. Couillaud, "Laser frequency stabilization by polarization spectroscopy of a reflecting reference cavity," Opt. Commun. 35, 441-444, 1980; T. M. Shay, "Theory of electronically phased coherent beam combination without a reference beam," Opt. Express 14, 12188-12195, 2006; A. Klenke, E. Seise, J. Limpert, and A. Tünnermann, "Basic considerations on coherent combining of ultrashort laser pulses," Opt. Express 19, 25379-25387, 2011 ).

Bei den bekannten Techniken zur räumlich getrennten Propagation bzw. Verstärkung der Teilstrahlen unterscheidet man hinsichtlich der Kombination der Teilstrahlen im Ausgangslaserstrahl zwischen sog. „filled aperture“ und „tiled aperture“ Ansätzen. Ersterer Ansatz („filled aperture“) bedeutet dabei die kohärente Überlagerung der Teilstrahlen im Nah- und Fernfeld. Vorteil dieses Ansatzes ist die hohe Überlagerungseffizienz (theoretisch bis zu 100%). Eine Herausforderung bildet aber die Notwendigkeit eines oder mehrerer Elemente zur Strahlüberlagerung, was zu unerwünschten leistungsabhängigen Effekten in oder auf diesen Elementen führen kann. Bei der„tiled aperture“ Kombination werden die Teilstrahlen zu einer neuen Gesamtemission zusammengesetzt. Es wird damit künstlich ein Ausgangslaserstrahl mit vergrößerter Apertur gebildet, der, wenn die Einzelemissionen der Teilstrahlen im Fernfeld überlagert sind, das Beugungsmuster der künstlich gebildeten Apertur darstellt. Vorteil ist der mögliche Verzicht auf ein Kombinationselement, wodurch dieser Ansatz als leistungsskalierbar gilt. Deutlich nachteilig ist jedoch die limitierte Kombinationseffizienz von typischerweise < 60%. Im Zusammenhang mit der„filled aperture“-Methode sind verschiedene Ansätze für Komponenten zur Strahlaufteilung und Kombination bekannt. Zum Beispiel können Strahlen mit Hilfe von 1 :2-Strahlteilern aufgeteilt und kombiniert werden. Ein 1 :2-Strahlteiler kann mit Hilfe eines polarisationsabhängigen Strahlteilers bzw. einer teilreflektiven Oberfläche realisiert werden. Durch Kaskadierung ist mit mehreren dieser Strahlteiler eine 1 :N Teilung realisierbar. Die Erzeugung von N Teilstrahlen ist damit möglich. Das gleiche Prinzip kann auch für die Kombination, d.h. die Überlagerung mehrerer Teilstrahlen in einem Ausgangsstrahl verwendet werden. Nachteilig ist, dass die Skalierbarkeit der Anzahl der Kanäle durch die Menge der notwendigen Elemente (1 :2-Strahlteiler) erschwert wird. So sind zum Beispiel für einen 1 :32 Strahlteiler 31 1 :2-Strahlteiler nötig.

Ein 1 :N-Strahlteiler lässt sich alternativ als ein monolithisches diffraktives Element realisieren. Allerdings weisen die einzelnen Teilstrahlen eine Winkeldispersion auf, die für die verschiedenen Strahlen nicht identisch ist. Die unterschiedliche Winkeldispersion muss bei der Verwendung von ultrakurzen Pulsen durch jeweils angepasste Ausgleichselemente beseitigt werden. Dies kann ebenfalls zu einer hohen Anzahl von nötigen Elementen führen und die Skalierung zu einer hohen Kanalzahl erschweren. Dieser Ansatz ist somit ebenfalls sehr aufwendig.

Eine elegante Lösung bieten hier Strahlteiler basierend auf reflektiven Elementen mit Zonen unterschiedlicher Reflektivität. Es ist aus dem Stand der Technik bekannt, solche Elemente in Systemen mit Strahlaufteilung und räumlich getrennten optischen Verstärkern (oder spektralen Verbreiterungselementen) für die einzelnen Teilstrahlen einzusetzen (siehe A. Klenke, M. Müller, H. Stark, F. Stutzki, C. Hupel, T. Schreiber, A. Tünnermann, and J. Limpert, "Coherently combined 16-channel multicore fiber laser System," Opt. Lett. 43, 2018).

Die bisher bekannten Methoden, die auf der räumlichen und/oder zeitlichen Aufteilung von Laserstrahlen oder -pulsen basieren, zielen auf die Umgehung von Leistungslimitierungen der optischen Verstärker oder spektralen Verbreiterungs- elemente ab. Sämtliche bekannte Methoden gehen davon aus, dass nach der Verstärkung und/oder spektralen Verbreiterung wiederum eine Kombination der Teilstrahlen erfolgt. Durch die kohärente Kombination der Teilstrahlen, insbesondere bei ultrakurzgepulster Laserstrahlung, sind zwar neuartige Parameterbereiche darstellbar. Dabei entstehen jedoch Leistungsdichten, die eine Vergrößerung der Strahlfläche im Ausgangslaserstrahl unumgänglich machen, um einen störenden Einfluss auf die räumliche, die spektrale und/oder zeitliche Charakteristik der Laserstrahlung durch nichtlineare Effekte oder Materialmodifikationen zu vermeiden. Die erforderliche Vergrößerung des Strahlquerschnittes führt zu immer weiter steigenden Anforderungen an die Oberflächenqualität optischer Flächen bzw. Substrate (z.B. Spiegel, Gitter, Dünnschichtpolarisatoren etc.) von optischen Komponenten, die im Strahlverlauf zwischen Kombinationselement und Applikation (z.B. einem zu bearbeitenden Werkstück) benötigt werden. Darüber hinaus treten leistungsbegrenzende Effekte auf, z.B. Ionisierung in gasgefüllten Hohlkernfasern oder Kerr-Nichtlinearität in Luft oder Subtraten, die einer praktischen Nutzung der gesteigerten Leistung im Wege stehen.

Es ist vor diesem Hintergrund Aufgabe der Erfindung, ein gegenüber dem Stand der Technik verbessertes optisches System bereitzustellen. Insbesondere soll eine hohe Strahlqualität im Ausgangslaserstrahl erzielt werden, wobei die Anforderungen an die Oberflächenqualität der verwendeten optischen Komponenten reduziert werden.

Diese Aufgabe löst die Erfindung ausgehend von einem optischen System der eingangs angegebenen Art dadurch, dass wenigstens ein im Strahlverlauf hinter dem wenigstens einen optischen Verstärker angeordnetes optisches Funktionselement aus der Gruppe Transportelement, spektrales Verbreiterungs- element, Strahlablenkungselement, optischer Isolator, optischer Modulator und Pulskompressor, vorgesehen ist, durch das die räumlich getrennten Teilstrahlen propagieren. Die Kombination der Teilstrahlen im Ausgangslaserstrahl erfolgt somit erst nach Durchlaufen des wenigstens einen optischen Funktions- elementes. Die Erfindung basiert auf der Grundidee, das Konzept der Strahlaufteilung, d.h. der Erzeugung von parallel propagierenden Teilstrahlen, gefolgt von kohärenter Kombination fortzuführen. Die räumlich getrennte Propagation der Teilstrahlen endet erfindungsgemäß jedoch nicht nach der optischen Verstärkung, sondern wird beispielsweise unmittelbar bis zur Applikation (Experiment/Werkstück) aufrechterhalten. Demnach findet zunächst keine Kombination der Teilstrahlen statt, vielmehr propagieren die einzelnen, räumlich getrennten Teilstrahlen durch z.B. einen Pulskompressor, ein spektrales Verbreiterungselement, ein Transportelement etc., bis letztlich eine Kombination kurz vor der Strahlaustrittsöffnung des Systems oder sogar unmittelbar am Ort der Applikation stattfindet.

Die Eingangslaserstrahlung (z.B. einer Laserquelle) wird auf mehrere Kanäle aufgespalten, wobei jeder Kanal einem Teilstrahl zugeordnet ist. Die Kanalanzahl N sollte größer oder gleich zwei betragen. Anschließend erfolgt eine räumlich getrennte optische Verstärkung (z.B. durch mehrere parallele optische Verstärkereinheiten). Die räumlich getrennten, verstärkten Teilstrahlen werden nun parallel als Mehrstrahlarray in möglichst kompakter Anordnung durch ein oder mehrere Funktionselemente des Lasersystems gesendet. Diese Elemente können ein Pulskompressor, Elemente zur Leistungsmodulation oder optische Schalter (z.B. elektro- oder akustooptische Modulatoren, EOMs bzw. AOMs), optische Isolatoren, mehrere räumlich getrennte Elemente zur spektralen Verbreiterung (z.B. Hohlkernfaser mit mehreren Kernen/Kapillaren) sowie auch die Teilstrahlen führende Elemente zum Transport der Strahlung zur Applikation sein.

Vorteil dieses Ansatzes ist es, dass die Strahlflächen der den Teilstrahlen zugeordneten Einzelaperturen nicht mit der Gesamtleistung vergrößert werden müssen. Demnach spielen für eine potenzielle Verschlechterung der Wellenfrontqualität durch mindere Oberflächenqualität der benutzten optischen Komponenten im Strahlengang nur Oberflächendeformationen auf einer Fläche der Einzelapertur eine Rolle. Diese ist typischerweise auch bei großen Substraten exzellent. Nur über die gesamte Oberfläche einer Komponente lässt sich die Oberflächenqualität in der Praxis meist nicht auf hohem Niveau halten. Dieses Problem wird durch die Erfindung umgangen.

Die Deformationen auf der gesamten Oberfläche der in dem optischen Funktionselement verwendeten Komponenten wirken sich in der erfindungsgemäßen Anordnung lediglich als statische Weglängenunterschiede aus und können durch die (bei N Teilstrahlen) N-1 Weglängen-Stellelemente, die zur kohärenten Kombination ohnehin benötigt werden, einfach kompensiert werden. Die Weglängen-Stellelemente übernehmen damit zusätzlich die Aufgaben einer segmentierten (räumlich unterteilten) adaptiven Optik, die sämtliche Wellenfrontdeformationen im Gesamtsystem korrigiert. Lediglich etwaige weitere optische Komponenten bzw. Substrate im Strahlverlauf hinter dem Kombinationselement müssen eine exzellente Oberflächenqualität aufweisen.

Bei einer bevorzugten Ausgestaltung sind das Aufteilungselement und/oder das Kombinationselement jeweils als diffra ktiver Strahlteiler ausgebildet.

Das Aufteilungselement und/oder das Kombinationselement können bevorzugt jeweils als reflektives Element mit Zonen unterschiedlicher Reflektivität ausgebildet sein, wie prinzipiell aus dem Stand der Technik bekannt. Besonders bevorzugt weisen das Aufteilungselement und/oder das Kombinationselement jeweils zwei oder mehr reflektive Elemente auf, an denen die Laserstrahlung nacheinander ein- oder mehrfach reflektiert wird, wobei die Teilstrahlen in einer Ebene quer zur Propagationsrichtung ein zweidimensionales Array bilden. Damit lässt sich ein kompakter paralleler Strahlverlauf der Teilstrahlen realisieren.

Bei einer weiter bevorzugten Ausgestaltung ist ein Fehlersignaldetektor vorgesehen, der aus dem Ausgangslaserstrahl oder aus den Teilstrahlen ein Fehlersignal ableitet, und ein Regler, der aus dem Fehlersignal wenigstens ein Stellsignal zur Ansteuerung des wenigstens einen Weglängen-Stellelementes ableitet. Dieser Regelkreis kann vorteilhaft zur aktiven Steuerung der kohärenten Überlagerung im Ausgangslaserstrahl verwendet werden. Die Regelung kann z.B. nach dem bekannten LOCSET-Prinzip erfolgen oder durch eine sequentielle Phasenstabilisierung (siehe A. Klenke, M. Müller, H. Stark, A. Tünnermann, and J. Limpert, „Sequential phase locking scheme for a filled aperture intensitiy coherent combination of beam arrays“, Opt. Express 9, 12072-12080, 2018).

Der wenigstens eine optische Verstärker kann mit Vorteil ein mit Seltenerdionen dotierter, optisch gepumpter Mehrkern-Wellenleiter sein, in dem eine Mehrzahl von Wellenleiterstrukturen integriert ist, wobei jede Wellenleiterstruktur einen der Teilstrahlen führt. Damit lässt sich ein besonders kompakter Aufbau realisieren Etwaige (thermische oder akustische) Störungen wirken sich auf alle Teilstrahlen im Wesentlichen gleich aus, so dass die kohärente Überlagerung im Ausgangsstrahl kaum beeinträchtigt wird. Der Verstärker kann aber auch ein volumenoptischer Verstärker ohne Wellenleiterstruktur sein, in dem alle oder ein Teil der Teilstrahlen propagieren. Das wenigstens eine Weglängen-Stellelement sollte im Strahlverlauf vor dem wenigstens einen optischen Verstärker angeordnet sein. Damit muss das Weglängen-Stellelement nicht für hohe Leistungen ausgelegt werden.

Auch das spektrale Verbreiterungselement, ebenso wie das Transportelement kann jeweils ein Mehrkern-Wellenleiter sein, in dem eine Mehrzahl von Wellenleiterstrukturen integriert ist, wobei jede Wellenleiterstruktur einen der Teilstrahlen führt. Alternativ kann das spektrale Verbreiterungselement ein volumenoptisches Element ohne Wellenleiterstruktur sein.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen optischen Systems als Blockdiagramm;

Figur 2 schematische Darstellung eines erfin- dungsgemäßen optischen Systems in einer weiteren Ausgestaltung als Block- diagramm;

Figur 3 auf mehrfacher Reflexion basierendes

Aufteilungs- bzw. Kombinationselement. Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 1 wird ein Eingangslaserstrahl von einer Laserquelle 1 kommend auf N Kanäle aufgeteilt. Hierfür kann als Aufteilungselement 2 eine Anordnung aus teilreflektiven Spiegeln oder polarisierenden Strahlteilern in einer kaskadierten Anordnung, diffraktive Elemente oder eine Anordnung aus Spiegeln mit Zonen unterschiedlicher Reflektivität (s.u.) dienen. Die N räumlich getrennten Teilstrahlen werden nun räumlich getrennt verstärkt mittels eines optischen Verstärkers 4. Flierzu können klassisch einzelne Verstärker (z.B. faserbasierte Verstärker) genutzt werden oder eine oder mehrere Mehrkernfasern, die das Konzept der räumlich getrennten Verstärkung in kompakter Art und Weise umsetzen. Die nötigen Weglängen- Stellglieder 3 zur Steuerung der kohärenten Kombination befinden sich idealerweise im Strahlverlauf hinter dem Aufteilungselement 2 und vor dem optischen Verstärker 4. Hierzu kommen z.B. Piezoelemente, EOMs oder über Aktoren bewegliche optische Keile in Frage.

Handelt es sich um ein kontinuierlich (cw) emittierendes Lasersystem, kann nun die räumlich getrennte Propagation der Teilstrahlen (Multiaperturemission) bis unmittelbar zur Applikation stattfinden. Elemente zur Strahlablenkung (z.B. Scanner, akusto-optische Deflektoren, usw.) sowie Elemente zur Leistungsmodulation (Shutter, EOMs, AOMs, usw.) oder faseroptische Transportfasern (z.B. Multikernfasern oder Multikern-Hohlkernfasern) werden von der Multiaperturemission durchstrahlt. Diese Elemente sind mit der Bezugsziffer 5 zusammengefasst. Diese Elemente sind optische Funktionselemente im Sinne der Erfindung. Möglich ist hierbei auch, dass die Ablenkung bzw. Modulation nur auf einen Teil der Teilstrahlen wirkt. Erst kurz vor der Applikation werden die Teilstrahlen überlagert und kohärent kombiniert („filled aperture“-Kombination), und zwar mittels eines Kombinationselementes 6, das komplementär zu dem Aufteilungselement 2 aufgebaut ist. Eine„tiled aperture“-Kombination sei hier explizit ausgeschlossen. Handelt es sich um ein gepulstes und insbesondere ultrakurzgepulstes Lasersystem, hat der erfindungsgemäße Ansatz weitere Vorteile gegenüber dem Stand der Technik. Nach der Aufteilung und der räumlich getrennten Verstärkung propagieren die räumlich getrennten, aber möglichst kompakt angeordneten Teilstrahlen durch einen Pulskompressor (z.B. Gitteranordnung) als optisches Funktionselement 5. Die Teilstrahlen überschreiten dabei nicht die Schwellen der Materialzerstörung bzw. nichtlinearen Puls- bzw. Strahldegradation, da die Flächenskalierung über die Aufteilung in Teilstrahlen gelingt. Nach der Pulskompression kann die Strahlkombination stattfinden. Ebenso können die räumlich getrennten Teilstrahlen zuvor noch jeweils eine spektrale Verbreiterung erfahren. Dies gelingt zum Beispiel in räumlich getrennt angeordneten Wellenleitern (z.B. Glasfasern oder gasgefüllte Hohlkernfasern). Die nun spektral verbreiterten Teilstrahlen können dann einzeln komprimiert werden (z.B. durch gechirpte Spiegel) oder räumlich getrennt bis zur Applikation propagieren. Anstelle der spektralen Verbreiterung oder zusätzlich zu dieser können weitere Elemente zur Strahl- bzw. Pulsmodifikation durchlaufen werden. Denkbar sind Elemente zur Pulsselektion, Puls- bzw. Leistungsmodulation oder Strahlablenkung. Diese Funktionalitäten sind in der Figur 1 insgesamt mit Bezugsziffer 5 zusammengefasst. Die verstärkten, ggf. spektral verbreiterten und modulierten Pulse können nun bis zur Applikation als räumlich getrennte und kollimierte Teilstrahlen propagieren, bevor schließlich eine kohärente Kombination nach dem„filled aperture“-Prinzip bei 6 stattfindet.

Bei dem Ausführungsbeispiel der Figur 2 wird als optischer Multikanal-Verstärker 4 eine Seltenerd-dotierte Multikernfaser (Kernanzahl = N) verwendet. Die Aufteilung in N Teilstrahlen nach der Laserquelle 1 gelingt durch den Einsatz einer Spiegelanordnung 2 (siehe Figur 3) basierend auf Reflektoren mit Zonen unterschiedlicher Reflektivität, welche in kompakter Bauweise eine hohe Anzahl von Teilstrahlen erzeugen kann. Die N-1 Weglängen-Stellelemente werden durch ein Piezoarray 3, welches in seiner Anordnung der Geometrie der Teilstrahlen angepasst ist, realisiert. Die emittierte Laserstrahlung der verstärkenden Multikernfaser 4 wird kollimiert und das resultierende Strahlenbündel durchläuft einen Gitterkompressor 5‘. Nach dem Gitterkompressor 5‘ erfolgt eine spektrale Verbreiterung in einer passiven Multikernfaser bzw. gasgefüllten Multi-Hohlkern- Faser 6‘. Dazu kann das Teilstrahlen-Array aus der verstärkenden Multikernfaser 4 nach Durchgang durch den Gitterkompressor 5‘ direkt in die Multikern- Verbreiterungsfaser 6‘ abgebildet werden. Eine Multiapertur-Propagation erfolgt bei 7, z.B. um die Wegstrecke zur Applikation 11 zu überbrücken und/oder um eine Leistungsmodulation oder Strahlablenkung einzufügen. Zur kohärenten Kombination wird ein kleiner Bruchteil der Multiapertur-Emission auf ein Photodioden-Array 9 zur Detektion eines Fehlersignals gelenkt. Ein (nicht dargestellter) Regler berechnet daraus die notwenigen Korrekturen durch die Weglängen-Stellglieder 3. Möglichst kurz vor der Applikation 11 findet die Strahlkombination bei 8 statt. Es folgt eine Pulskompression mittels gechirpten Spiegeln bei 10.

Die Figur 3 zeigt ein auf mehrfacher Reflexion basierendes Aufteilungs- bzw. Kombinationselement, wie es bei den Ausführungsbeispielen der Figuren 1 und 2 zum Einsatz kommen kann.

Das Element besteht aus vier Unterelementen A, B, C, D. Beim ersten Unterelement A handelt es sich um einen Spiegel mit möglichst hoher Reflektivität. Das zweite Unterelement B umfasst (bei dem dargestellten Beispiel) vier Zonen mit unterschiedlicher Reflektivität. Die Laserstrahlen nehmen den in der Figur 3 dargestellten Weg. Die Reflektivitäten der Zonen des Unterelementes B können so gewählt werden, dass der einfallende Eingangslaserstrahl EL in einem bestimmten Verhältnis auf Teilstrahlen aufgeteilt wird. Ein Beispiel ist eine Aufteilung in gleichen Teilen auf alle Teilstrahlen. Dies wird durch die Wahl der Reflektivitäten der vier Zonen zu 75%, 66%, 50% und 0% erreicht. Die ausgehenden vier Teilstrahlen fallen dann auf planparallele Oberflächen der beiden Unterelemente C und D, die zu den Unterelementen A, B verkippt sind. Das Unterelement C ist wiederum hoch reflektiv. Das Unterelement D weist wiederum vier Zonen unterschiedlicher Reflektivität (wie vor) auf. Im Ergebnis wird, wie dargestellt, in eine Ebene senkrecht zum Strahlverlauf ein zweidimensionales Array aus 16 Teilstrahlen erzeugt. Die Zahl der Zonen unterschiedlicher Reflektivität bei den Unterelementen B und D kann jeweils beliebig sein, entsprechend der gewünschten Zahl von Teilstrahlen, d.h. entsprechend dem Teilungsverhältnis. Das Kombinationselement kann, wie zuvor ausgeführt, identisch ausgeführt sein und in der Weise angeordnet sein, dass sich die entstehenden Weglängen- unterschiede der 16 Teilstrahlen genau aufheben. Aufgrund der Integration der Aufteilung bzw. Kombination in einem einzelnen Element ist eine kompakte Bauweise möglich, und es wird eine einfache Justage gewährleistet. Außerdem existiert keine Winkelabhängigkeit der Teilstrahlen von der Wellenlänge, das Element eignet sich also auch für spektral breitbandige Strahlung und damit für die Verwendung für ultrakurze Pulse.