Beschreibung

Die Materialbearbeitung mit Ultrakurzpulslasern gewinnt für präzise und flexible Produktionsverfahren zunehmend an Bedeutung. Die hohe Präzision basiert hauptsäch lich auf der Tatsache, dass die Laserpulse kürzer sind als die charakteristischen Zeitkonstanten für die thermischen Wechselwirkungen zwischen den Laserpulsen und den zu bearbeitenden Materialien. Im Allgemeinen gilt, dass desto kürzer die Pulse sind umso präziser die Bearbeitung ist.

Ultrakurzpulslaser für die industrielle Materialbearbeitung bestehen aus einer Oszilla- tor-Verstärker-Anordnung. Die Pulslänge des Oszillators wird durch die Bandbreite des eingesetzten Lasermediums bestimmt. So liegt die typische Pulsdauer eines modegelockten Yb.YAG-Oszillators bei 700 fs. Um eine für die Materialbearbeitung relevante Pulsenergie zu erzeugen, werden Oszillator-Verstärker-Anordnungen ver wendet. Bedingt durch die Bandbreite des Verstärkungsmediums wird die Bandbreite der verstärkten Pulse aufgrund von Gain-Narrowing verringert, wodurch die verstärkten Pulse verlängert werden.

Zur Vergrößerung der Bandbreite kann der nichtlineare Prozess der Selbstphasen modulation benutzt werden. Allerdings ist die Selbstphasenmodulation mit räumli chen Phasenmodulationen, wie Kerr-Linsen-Effekt, verbunden. Der Kerr-Linsen- Effekt kann zu einer katastrophalen Selbstfokussierung und zu einer nicht akzeptab len Verringerung der Strahlqualität führen.

Für die Materialbearbeitung werden überwiegend stigmatische Strahlen verwendet. Ein stigmatischer Strahl weist kreisförmige Leistungsdichteverteilungen in jeder Ebene, die senkrecht zur Ausbreitungsrichtung steht, unter freier Ausbreitung auf. Die Strahltaillen eines stigmatischen Strahls haben in zwei senkrecht zueinander stehen den Ebenen die gleiche Größe und liegen zusammen an der gleichen Position. In diesem Fall ist die Leistungsdichte umgekehrt proportional zu dem Quadrat des Strahldurchmessers. Bei stabilen und kompakten Optikaufbauten führt dies zu einer

BESTÄTIGUNGSKOPIE sehr hohen Leistungsdichte in Fokussen, Spiegeln oder Linsen. Eine zu hohe Leistungsdichte kann zur Zerstörung von Optiken, wie Linsen und Spiegeln, führen.

Die DE 102014007 159 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Anordnung zur spektralen Verbreiterung von Laserpulsen für die nichtlineare Pulskompression.

Die Laserpulse werden in eine optische Anordnung eingekoppelt, in der sie abwech selnd durch wenigstens einen Abschnitt, der wenigstens ein Medium mit nichtlinearen optischen Eigenschaften enthält und in dem die Laserpulse durch Selbstphasenmodulation eine nichtlineare Phase erhalten, und einen Abschnitt propagieren, in dem im Wesentlichen keine nichtlineare Phase durch Selbstphasenmodulation erzeugt wird.

Die DE 102015005257 A1 beschreibt eine optische Anordnung zur Erhöhung der Strahlqualität und zur Verbesserung der Intensitätsverteilung eines Laserstrahls. Es werden eine oder mehrere sphärische und/oder zylindrische Komponenten, wie Linsen und/oder Spiegel, verwendet, mit denen der Stahl fokussiert wird. Mindestens zwei Blenden werden im Fokusbereich der Komponenten in Reihe entlang der Strahlausbreitung verwendet, wobei die Öffnungsformen und -großen der Blenden durch den Strahlquerschnitt an der jeweiligen axialen Position der Blenden bestimmt werden.

Die Publikation BRONS, Jonathan, et al. Efficient, high-power, all-bulk spectral broadening in a quasi-waveguide, 2017 Conference on Lasers and Electro-Optics Europe & European Quantum Electronics Conference (CLEO/Europe-EQEC), IEEE, 2017, S. 1-1, bezieht sich auf eine effiziente, leistungsstarke, spektrale Verbreiterung von ultrakurzen Pulsen in einem Quasi-Wellenleiter.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, optische Anordnungen anzugeben, die es ermöglichen, eine festgelegte Vergrößerung der Bandbreite durch Selbstphasenmo dulation (SPM) mit einer kompakten Bauweise zu generieren.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Anordnung mit den Merkmalen des An spruchs 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Anordnung ergeben sich aus den ab hängigen Ansprüchen.

Gemäß der Erfindung verwendet die optische Anordnung zur Vergrößerung von spektralen Bandbreiten durch nichtlineare Selbstphasenmodulation zur Verkürzung von Ultrakurzpulsen eine Multipasszelle und ein nichtlineares Medium. Das nichtline are Medium ist innerhalb der Multipasszelle angeordnet, und ein Laserstrahl mit Ultrakurzpulsen durchläuft mehrfach das nichtlineare Medium. Der Laserstrahl wird über eine Formungsoptik in die Multipasszelle eingekoppelt, wobei über die Formungsoptik der Laserstrahl zu einem astigmatischen Strahl geformt und in die Multipasszelle eingekoppelt wird.

Mit einer derartigen Anordnung ist es möglich, eine festgelegte Vergrößerung der Bandbreite durch Selbstphasenmodulation (SPM) mit einer kompakten Bauweise zu generieren, ohne dass dabei die durch den Kerr-Linsen-Effekt bedingte Selbstfokussierung zu einer Verringerung der Strahlqualität führt und ohne dass Formungsopti ken durch hohe Leistungsdichten beschädigt werden.

Bevorzugt handelt es sich bei der Multipasszelle um eine Herriott-Multipasszelle.

In einer vorteilhaften Ausführungsform besteht die Multipasszelle aus drei zylindrischen Spiegeln. Die drei zylindrischen Spiegel sind so ausgelegt und angeordnet, dass deren Krümmungen in einer gemeinsamen xz-Ebene liegen und deren Fokusebenen in einer gemeinsamen Fokusebene stehen. Durch die Formungsoptik wird der Strahl so ausgelegt und angeordnet, dass der Strahl zu einem Strahl transfor miert wird, der in der yz-Ebene kollimiert ist und in der xz-Ebene einen Fokus aufweist, und dass das nichtlineare Medium in der Fokusebene oder in der Nähe der Fokusebene platziert ist.

Bei den x-, y- und z-Koordinaten handelt es sich um ein rechtwinkliges Koordinatensystem, wobei die z-Koordinate parallel zur Ausbreitungsrichtung steht, die x- Koordinate und die y-Koordinate senkrecht zueinander und zur Ausbreitungsrichtung stehen.

In einerweiteren vorteilhaften Ausführungsform besteht die Multipasszelle aus drei sphärischen Spiegeln. Die drei sphärischen Spiegel sind so ausgelegt und angeordnet, dass sie eine White-Multipasszelle bilden und eine gemeinsame Fokusebene haben, wobei die Formungsoptik so ausgelegt und angeordnet ist, dass der Strahl zu einem astigmatischen Strahl transformiert wird, der in der yz-Ebene kollimiert ist und in der xz-Ebene einen Fokus aufweist, oder in der xz-Ebene kollimiert ist und in der yz-Ebene einen Fokus aufweist, wobei das nichtlineare Medium in der Fokusebene oder in der Nähe der Fokusebene platziert wird. Die x-, y-, z-Koordinaten bilden ein rechtwinkliges xyz-Koordinatensystem mit der z-Koordinate parallel zur Ausbreitungsrichtung des Strahls.

Auch ist eine optische Anordnung vorgesehen, deren Multipasszelle aus zwei zylind rischen Spiegeln besteht. Die beiden zylindrischen Spiegel werden so ausgelegt und angeordnet, dass deren Fokuslinien in der xz-Faltungsebene und in einer gemein samen Fokusebene liegen, und die Formungsoptik wird so ausgelegt und angeordnet, dass der Strahl zu einem astigmatischen Strahl transformiert wird, der in der xz- Ebene kollimiert ist und in der yz-FEbene einen Fokus aufweist, wobei das nichtlineare Medium in der Fokusebene oder in der Nähe der Fokusebene platziert wird. Die erwähnten x-, y-, z-Koordinaten bilden ein rechtwinkliges xyz-Koordinatensystem.

In einer weiteren optischen Anordnung der Erfindung besteht die Multipasszelle aus zwei Spiegel-Arrays, wobei jedes Spiegel-Array aus mindestens zwei sphärischen und konkaven Spiegelelementen besteht. Die sphärischen Spiegelelemente sind identisch und konkav gekrümmt und deren Fokusse liegen in einer gemeinsamen Ebene, wobei die Formungsoptik so ausgelegt und angeordnet wird, dass der Strahl zu einem astigmatischen Strahl transformiert wird, der in der yz-Ebene kollimiert ist und in der xz-Ebene einen Fokus aufweist, oder in der xz-Ebene kollimiert ist und in der yz-Ebene einen Fokus aufweist, wobei das nichtlineare Medium in der Fokus ebene oder in der Nähe der Fokusebene platziert ist, mit der z-Koordinate parallel zur Ausbreitungsrichtung des Strahls.

Es ist auch von Vorteil, dass mindestens einer der Spiegel oder mindestens eines der Spiegelelemente mit einer Beschichtung zur Kompensation der Dispersion versehen ist, so dass sie wie ein GDD- (Gruppenverzögerungsdispersion) oder GTI- (Gires-Tournois-Interferometer) Spiegel zur Komprimierung der Pulse wirken.

Es ist auch vorgesehen, dass zur Erhöhung der Strahlqualität mindestens ein Blen- den-Array in der Multipasszelle eingesetzt wird. Die Öffnungen des Blenden-Arrays sind in ihrer Geometrie an die Strahlquerschnitte der jeweiligen Strahldurchtrittsstellen angepasst. Das Blenden-Array ist an einem oder mehreren Faltungsspiegel/n und/oder in der Fokusebene und/oder in der Nähe der Fokusebene angeordnet.

Die Öffnungen des mindestens einen Blenden-Arrays sollten das 1,3- bis zu 2-fache des Strahlquerschnitts des entsprechenden Gauß’schen Strahls betragen. Um zu Erreichen, dass die Pulslänge minimiert wird oder an die Erfordernisse angepasst wird, werden zur Pulskomprimierung bzw. Pulsverkürzung der Pulse Gitter, Prismen, GDD-Spiegel und/oder GTI-Spiegel ausgangsseitig, in Strahlausbreitungs richtung, d.h. in z-Richtung, gesehen, hinter der Multipasszelle angeordnet.

Durch die Verwendung von unter anderen zylindrischen Formungsoptiken, wie Zylin derlinsen, Zylinderspiegeln oder Prismen, kann ein stigmatischer Strahl zu einem einfach-astigmatischen Strahl umgeformt werden.

Ausführungsbeispiele der Erfindung ergeben sich aus der Zeichnung. In der Zeichnung zeigen

Figur 1 ein schematisches Beispiel eines astigmatischen Strahls,

Figur 2a eine Herriot-Multipasszelle, wobei die Figuren 2b und 2c die beiden Spiegel der Figur 2a zeigen mit den auf den jeweiligen Spiegel auftreffenden Strahlquer schnitten der Laserstrahlen,

Figuren 3a und 3b eine weitere Ausführungsform einer Multipasszelle, in Figur 3a in einer Draufsicht und in Figur 3b in einer der Figur 3a zuordneten Seitenansicht, wo bei Figur 3c und 3e die Strahlquerschnitte der Laserstrahlen an den jeweiligen Spiegeln zeigen und Figur 3d die Strahlquerschnitte der Laserstrahlen in der Mittelebene darstellt,

Figuren 4a bis 4d eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit einer Multipasszelle, die drei sphärische, konkav gekrümmte Spiegel umfasst, wobei Figur 4b und Figur 4d die Strahlquerschnitte der Laserstrahlen an den Spiegelflächen darstellt und Figur 4c die Strahlquerschnitte der Laserstrahlen in der Mittelebene zeigt,

Figuren 5a und 5e eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit zwei zylindrischen, konkaven Spiegeln, wobei Figur 5a eine Draufsicht und Figur 5b eine entsprechende Seitenansicht darstellt; die Querschnitte der Laserstrahlen an den beiden Spiegeln sind in den Figuren 5c und 5e gezeigt, während die Figur 5d die Querschnitte der Laserstrahlen in der Mittelebene zeigt,

Figuren 6a eine Draufsicht und 6b eine entsprechende Seitenansicht einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung mit einer Multipassezelle bestehend aus zwei Spiegel-Arrays, die durch sphärische Spiegelelemente mit identi- scher, konkaver Krümmung aufgebaut sind, wiederum mit den Strahlquerschnitten der Laserstrahlen auf den Spiegeln der zwei Spiegel-Arrays in den Figuren 6c und 6e und den Stahlquerschnitten in der Mittelebene in der Figur 6d und

Figuren 7b, 7c und 7d verschiedene Blenden-Arrays, die beispielsweise in der in Figur 4 dargestellten Multipasszelle jeweils vor dem Spiegel 776, in der Fokusebene 33 und vor den Spiegeln 777 und 778 einsetzbar sind.

In den Figuren geben die x-, y- und z-Koordinaten ein rechtwinkliges xyz- Koordinatensystem an.

Figur 1 zeigt ein Beispiel eines einfach-astigmatischen Strahls. Der einfachastigmatische Strahl propagiert in z-Richtung. In derxz-Ebene hat der Strahl eine Taille doxO mit einer Rayleigh-Länge ZOx. In der yz-Ebene hat der Strahl eine Strahltaille doyO mit einer Rayleigh-Länge ZOy. qsc steht für den Divergenzwinkel in der xz-Ebene und qsg steht für den Divergenzwinkel in der yz-Ebene. Bei einem ein fach-astigmatischen Strahl kann die Formungsoptik so positioniert werden, dass der Querschnitt des Strahls annäherungsweise rund wird, so dass die Leistungsdichte auf der Formungsoptik erheblich reduziert werden kann, ohne dass dabei eine zu hohe Intensität in der Fokusebene vorliegt.

Die Kernidee der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Multipasszelle verwendet wird, die aus einer Spiegelanordnung mit Spiegeln 771 , 772, 796, 797, 798, 776, 777, 778, 717, 718 oder 727, 728 besteht, die in den Figuren gezeigt sind. In der Multipasszelle ist ein nichtlineares Medium 66 mit vernachlässigbarer Absorption zur Erzeugung der Selbstphasenmodulation angeordnet, wobei ein Laserstrahl 1 mit einer Formungsoptik 261 zu einem definierten einfach-astigmatischen Strahl 11 transformiert und in die Multipasszelle eingekoppelt wird. Der Laserstrahl 11 wird zwischen der Spiegelanordnung derart hin und her reflektiert, dass er mehrfach das nichtlineare Medium 66 durchläuft, wobei die Krümmungen der Spiegel so ausgelegt sind und die Spiegel so angeordnet werden, dass der Strahl mehrere Taillen innerhalb der Multipasszelle aufweist. Die Taillen liegen in den xz-Ebenen und in den yz- Ebenen an unterschiedlichen z-Positionen.

In der Zeichnung zeigt Figur 2a eine Herriott-Multipasszelle, die aus zwei sphärischen Spiegeln 771 und 772 besteht. Durch Verwendung einer Formungsoptik 261 wird ein Strahl 1 bzw. Laserstrahl 1 zu einem einfach-astigmatischen Strahl 11 ge- formt. Durch einen Kantenspiegel 781, d. h. einen Spiegel, der eine scharfe Kante aufweist, wird der einfach-astigmatische Strahl 11 in die Herriott-Multipasszelle ein gekoppelt. Die Spiegel 771 und 772 sind so ausgelegt und zueinander angeordnet, dass im Zusammenwirken mit einer Formungsoptik 261 der Strahl einen sich verän dernden elliptischen Querschnitt entlang der Propagationsrichtung innerhalb der Multipasszelle aufweist. Beispielhaft zeigt Figur 2b die Strahlquerschnitte des Strahls an dem Spiegel 771 und Figur 2c die Strahlquerschnitte des Strahls an dem Spiegel 772. Innerhalb der Multipasszelle wird ein Medium 66 angeordnet. Das Medium 66 weist eine vernachlässigbare Absorption für den Strahl 11 auf und wirkt als ein nichtlineares Medium, das bei einer hohen Pulsleistungsdichte zur Selbstphasenmodula tion führt. Ein Beispielmedium ist eine Quarzglasplatte, die auf beiden Flächen antireflexiv für den Strahl 11 beschichtet ist. Durch Verwendung eines weiteren Kantenspiegels 782 wird der Strahl aus der Multipasszelle als Ausgangsstrahl 19 ausgekoppelt. Die akkumulierte Selbstphasenmodulation aufgrund des Mehrfachdurch gangs durch das nichtlineare Medium führt zu einer Verbreiterung des Strahlspektrums.

Eine einfachste Ausführung der Formungsoptik 261 besteht aus einer Zylinderlinse mit einer definierten Fokuslänge. Die Fokuslänge sollte so gewählt werden und so eingestellt werden, dass der Fokus des Strahls in der fokussierten Ebene, in der Fokusebene oder in der Nähe der Fokusebene 33 liegt.

Die Dispersion des Mediums und der Luft führt zu unterschiedlichen Ausbreitungsgeschwindigkeiten für verschiedene Wellenlängen. Dies führt zu einer Verlängerung der Pulsdauer des Strahls. Durch eine nachgeschaltete Anordnung aus dispersiven Formungsoptiken können die Pulse des Strahls komprimiert bzw. verkürzt werden. Zur Pulskomprimierung können z. B. Gitter, Spiegel, wie GDD Spiegel, GTI Spiegel, Prismen usw., verwendet werden.

Vorteilhaft ist, dass mindestens einer der Spiegel 771 und 772 ein GDD- (Gruppen verzögerungsdispersion) oder GTI- (Gires-Tournois-Interferometer) Spiegel ist. Die Dispersion des Spiegels wird so gewählt, dass die durch das Medium und die Luft verursachte Dispersion ausgeglichen wird und die Pulslänge aufgrund inkrementeller Verbreiterung des Strahlspektrums nach jedem Durchgang verkürzt wird.

In Figur 3a und Figur 3b ist eine weitere Ausführung dargestellt. Dabei zeigt Figur 3a die Draufsicht und Figur 3b die Seitenansicht einer Multipasszelle. Die Multipasszelle besteht aus drei zylindrischen Spiegeln 796, 797 und 798. Die Krümmungen der Spiegel liegen in der xz-Ebene. Bei dem gezeigten Fall haben die drei Spiegel den gleichen Krümmungsradius. In vorteilhafter weise werden die Spiegel 797 und 798 übereinander in x-Richtung mit der gleichen z-Position angeordnet. Der Spiegel 796 wird zu den Spiegeln 797 und 798 so positioniert, dass die Entfernung dem Krüm mungsradius der Spiegel 797 und 798 gleicht. So bilden die Spiegel eine konfokale Anordnung. Die unterbrochene Linie symbolisiert die Mittelebene 33 der Multipasszelle. Bei diesem speziellen Fall ist die Mittelebene 33 gleichzeitig die Fokusebene der Spiegel 796, 797 und 798. In der Nähe der Mittelebene 33 wird ein nichtlineares Medium 66 angeordnet. Der mit einer Formungsoptik 261 geformte astigmatische Strahl 11 wird in eine Multipasszelle eingekoppelt. Bei dieser gezeigten Ausführungsform entstehen innerhalb der Multipasszelle acht Strahlgänge 111, 112, 113, 114, 115, 116, 117 und 118. Grundsätzlich kann der Strahl 1 einen beliebigen Querschnitt haben. Für eine vereinfachte Darstellung wird vorausgesetzt, dass der Strahl 1 einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Die Formungsoptik 261 wird so ausgelegt und angeordnet, dass der Strahl 11 in der yz-Fokusebene annähernd kollimiert ist und in der xz-Fokusebene die Strahltaille des Eingangsstrahls an der Mittelebene 33 liegt. Nach Reflektion von dem Spiegel 797 wird der Strahl in der xz-Fokusebene kolli miert, so dass der reflektierte Strahl 112 ein kollimierter Strahl mit einem annähernd kreisförmigen Querschnitt wird.

Durch geeignete Einstrahlung des Strahls 11 und Orientierung der Spiegel können innerhalb der Zelle 4 ^* N Pässe (Strahlengänge) generiert werden. Dabei ist N eine ganze Zahl.

Der Strahl 112 wird von dem Spiegel 796 zu einem Strahl 113 fokussierend in der xz- Fokusebene reflektiert. Der Strahl 113 hat seinen Fokus in der Mittel- bzw. Fokusebene 33. So hat er einen elliptischen Strahlquerschnitt in der Mittelebene 33. Der Strahl 113 wird von dem Spiegel 798 zu einem Strahl 114 reflektiert und kollimiert. Der Strahl 114 weist einen annähernd kreisförmigen Querschnitt auf.

Auf diese Weise wird der Strahl hin und her reflektiert und durchläuft mehrfach das Medium. Dabei ändert sich der Strahlquerschnitt von elliptisch zu kreisförmig und von kreisförmig wieder zu elliptisch. Die Querschnitte der Strahlen an Spiegel 796 zeigt die Figur 3c. In Figur 3d sind die Strahlquerschnitte in der Mittelebene 33 dargestellt. Figur 3e zeigt die Strahlquerschnitte an den Spiegeln 797 und 798. Es zeigt sich, dass der Strahl an den Spiegeln große und annähernd kreisförmige Querschnitte aufweist. Dies ist vorteilhaft, um Beschädigungen der Spiegel aufgrund hoher Pulsspitzenleistung zu vermeiden.

Vorteilhaft ist, dass mindestens einer der Spiegel 796, 797 und 798 ein GDD- oder GTI-Spiegel ist. Die Dispersion der Spiegel wird so gewählt, dass die durch das Me dium und die Luft verursachte Dispersion ausgeglichen wird und die Pulslänge aufgrund inkrementeller Verbreiterung des Strahlspektrums nach jedem Durchgang verkürzt wird.

Figur 4a zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Die Multipass zelle besteht aus drei sphärischen und konkaven Spiegeln 776, 777 und 778. Bei dem gezeigten Beispiel haben die drei Spiegel den gleichen Krümmungsradius. Bevorzugt werden die Spiegel 777 und 778 übereinander mit der gleichen z-Position angeordnet. Der Spiegel 776 wird zu den Spiegeln 777 und 778 so angeordnet, dass die Entfernung dem Krümmungsradius der Spiegel gleicht. So bilden die Spiegel eine konfokale Anordnung. Die unterbrochene Linie symbolisiert die Mittelebene 33 der Multipasszelle. Bei diesem speziellen Fall ist die Mittelebene gleichzeitig die Fokusebene der Spiegel. In der Nähe der Mittelebene 33 oder in der Mittelebene 33 wird ein nichtlineares Medium 66 angeordnet. Der mit einer Formungsoptik 261 geformte astigmatische Strahl 11 wird in eine Multipasszelle eingekoppelt. Bei diesem gezeig ten Beispiel entstehen Innerhalb der Multipasszelle acht Strahlengänge 321, 322, 323, 324, 325, 326, 327 und 328. Grundsätzlich kann der Strahl 1 einen beliebigen Querschnitt haben. Für eine vereinfachte Darstellung wird vorausgesetzt, dass der Strahl 1 einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Die Formungsoptik 261 wird so ausgelegt und angeordnet, dass der Strahl 11 in der yz-Ebene annähernd kollimiert ist und in der xz-Ebene die Strahltaille des Eingangsstrahls an der Mittelebene 33 liegt. Nach Reflektion von dem Spiegel 777 wird der Strahl in der xz-Ebene kollimiert, während der Strahl in der yz-Ebene fokussiert wird, so dass der reflektierte Strahl 322 ein astigmatischer Strahl ist, der in der xz-Ebene annähernd parallel ist und in der yz-Ebene eine Strahltaille in der Mittelebene aufweist und dessen Querschnitt sich während der Ausbreitung von kreisförmig zu elliptisch und wieder zu kreisförmig verändert.

Der Strahl 322 wird von dem Spiegel 776 als Strahl 323 reflektiert. Dabei wird der Strahl in der xz-Ebene fokussiert und in der yz-Ebene kollimiert. In der xz-Ebene hat der Strahl 323 einen Fokus in Mittelebene 33. So hat er einen elliptischen Strahlquerschnitt in der Mittelebene 33. Der elliptische Querschnitt des Strahls 323 ist rechtwinklig zu dem Querschnitt des Strahls 322. Der Strahl 323 wird von dem Spie gel 778 zu einem Strahl 324 reflektiert. Dabei wird der Strahl in der xz-Ebene kolli- miert und in der yz-Ebene fokussiert. Auf diese Weise wird der Strahl hin und her reflektiert und durchläuft mehrfach das Medium. Dabei ändert sich der Strahlquerschnitt von elliptisch zu kreisförmig und von kreisförmig wieder zu elliptisch. Die Querschnitte der Strahlen an dem Spiegel 776 zeigt die Figur 4b. In Figur 4c sind die Strahlquerschnitte in der Mittelebene 33 dargestellt. Figur 4d zeigt die Strahlquerschnitte an den Spiegeln 777 und 778. Es zeigt sich, dass der Strahl an den Spiegeln im Vergleich zu der Fokusebene große und annähernd kreisförmige Querschnitte aufweist.

Auch hierbei ist es vorteilhaft, dass mindestens einer der Spiegel 776, 777 und 778 ein GDD- oder GTI-Spiegel ist. Die Dispersion des Spiegels wird so gewählt, dass die durch das Medium und die Luft verursachte Dispersion ausgeglichen wird und die Pulslänge aufgrund inkrementeller Verbreiterung des Strahlspektrums nach jedem Durchgang verkürzt wird.

In den Figuren 5a und 5b ist eine weitere Ausführung dargestellt. Dabei zeigt die Fi gur 5a die Draufsicht und Figur 5b die Seitenansicht einer Multipasszelle. Die Multipasszelle besteht aus zwei zylindrischen, konkaven Spiegeln 717 und 718. Die Zy linderachsen der beiden Spiegel stehen parallel zueinander und liegen in der xz- Ebene. Bei dem gezeigten Fall haben die beiden Spiegel den gleichen Krümmungs radius. Vorteilhafterweise werden die Spiegel 717 und 798 konfokal angeordnet. Die unterbrochene Linie symbolisiert die Mittelebene33 der Multipasszelle. Für den kon- fokalen Fall ist die Mittelebene gleichzeitig die Fokusebene der Spiegel. In der Nähe der Mittelebene 33 wird ein nichtlineares Medium 66 angeordnet. Der mit einer For mungsoptik 261 geformte astigmatische Strahl 11 wird unter einem Winkel in eine Multipasszelle eingekoppelt. So entstehen zwischen den beiden Zylinderspiegeln Multipässe in Zickzack-Form. Grundsätzlich kann der Strahl 1 einen beliebigen Querschnitt haben. Für eine vereinfachte Darstellung wird vorausgesetzt, dass der Strahl 1 einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Die Formungsoptik 261 wird so ausgelegt und angeordnet, dass der Strahl 11 in der xz-Ebene annähernd kollimiert ist und in der yz-Ebene die Strahltaille des Eingangsstrahls an der Mittelebene 33 liegt. Nach Reflektion von dem Spiegel 718 wird der Strahl in der yz-Ebene kollimiert, so dass der reflektierte Strahl 362 ein in beiden Ebenen kollimierter Strahl mit einem annähernd kreisförmigen Querschnitt wird.

Der Strahl 362 wird von dem Spiegel 717 zu einem Strahl 363 fokussierend in der yz- Ebene reflektiert. Der Strahl 363 hat in der yz-Ebene einen Fokus in der Mittelebene 33. So hat er einen elliptischen Strahlquerschnitt in der Mittelebene 33. Der Strahl 363 wird von dem Spiegel 718 zu einem Strahl 364 reflektiert. Dabei wird der Strahl in der yz-Ebene kollimiert. Der Strahl 364 weist einen annähernd kreisförmigen Querschnitt auf.

Auf diese Weise wird der Strahl von den beiden Spiegeln hin und her reflektiert und durchläuft mehrfach das Medium. Dabei ändert sich der Strahlquerschnitt von elliptisch zu kreisförmig und von kreisförmig wieder zu elliptisch. Die Querschnitte der Strahlen an dem Spiegel 717 zeigt die Figur 5c. In Figur 5d sind die Strahlquerschnitte in der Mittelebene 33 dargestellt. Figur 5e zeigt die Strahlquerschnitte an dem Spiegel 718. Es zeigt sich, dass der Strahl an den Spiegeln große und annähernd kreisförmige Querschnitte aufweist. Dies ist vorteilhaft, um Beschädigungen der Spiegel aufgrund einer hohen Pulsspitzenleistung zu vermeiden.

Durch einen geeigneten Einstrahlwinkel des Strahls 11 kann innerhalb der Multipasszelle eine festgelegte Anzahl von Pässen generiert werden.

Vorteilhaft ist, dass mindestens einer der Spiegel 796, 797 und 798 ein GDD- oder GTI-Spiegel ist. Die Dispersion des Spiegels wird so gewählt, dass eine durch das Medium und die Luft verursachte Dispersion ausgeglichen wird und die Pulslänge aufgrund inkrementeller Verbreiterung des Strahlspektrums nach jedem Durchgang verkürzt wird.

Figuren 6a und 6b zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel gemäß der Erfindung. Figur 6a zeigt eine Draufsicht und Figur 6b die Seitenansicht einer Multipasszelle.

Die Multipasszelle besteht aus zwei Spiegel-Arrays 727 und 728. Die Spiegel-Arrays werden durch sphärische Spiegelelemente, die identisch und konkav gekrümmt sind, gebildet. Die sphärischen Spiegelelemente haben den gleichen Krümmungsradius. Die beiden Spiegel-Arrays werden mit einem Abstand, der dem Krümmungsradius gleicht, zueinander angeordnet. So bilden die Spiegel-Arrays eine konfokale Anordnung. Die unterbrochene Linie symbolisiert die Mittelebene 33 der Multipasszelle. Bei diesem konfokalen Fall ist die Mittelebene gleichzeitig die Fokusebene der Spiegel.

In der Nähe der Mittelebene 33 wird ein nichtlineares Medium 66 angeordnet. Der mit einer Formungsoptik 261 geformte astigmatische Strahl 11 wird in die Multipasszelle eingekoppelt. Bei diesem gezeigten Beispiel entstehen innerhalb der Multipasszelle Strahlgänge 381, 382, 383, 384, 385, 386, 387, 388, 389, 390, 391, 392 und 393. Für eine vereinfachte Darstellung wird vorausgesetzt, dass der Strahl 1 einen kreisförmigen Querschnitt aufweist. Die Formungsoptik 261 wird so ausgelegt und angeordnet, dass der Strahl 11 in der xz-Ebene annähernd kollimiert ist und in der xz-Ebene die Strahltaille des Eingangsstrahls an der Mittelebene 33 liegt. Nach Reflektion von einem ersten Spiegelelement des Spiegel-Arrays 728 wird der Strahl in der xz-Ebene kollimiert, während in der yz-Ebene der Strahl fokussiert wird, so dass der reflektierte Strahl 382 ein astigmatischer Strahl ist, der in der yz-Ebene annähernd parallel ist und in der xz-Ebene eine Strahltaille in der Mittelebene aufweist und dessen Quer schnitt sich während der Ausbreitung von kreisförmig zu elliptisch und wieder zu kreisförmig verändert.

Der Strahl 382 wird von einem ersten Spiegelelement des Spiegel-Arrays 727 zu einem Strahl 383 reflektiert. Dabei wird der Strahl in der yz-Ebene fokussiert und in der xz-Ebene kollimiert. In der yz-Ebene hat der Strahl 383 einen Fokus in Mittelebene 33. So hat er einen elliptischen Strahlquerschnitt in der Mittelebene 33. Der elliptische Querschnitt des Strahls 383 ist rechtwinklig zu dem Querschnitt des Strahls 382. Der Strahl 383 wird von einem zweiten Spiegelelement des Spiegel-Arrays 728 zu einem Strahl 384 reflektiert. Dabei wird der Strahl in der yz-Ebene kollimiert und in der xz-Ebene fokussiert. Auf diese Weise wird der Strahl hin und her reflektiert und durchläuft mehrfach das Medium. Dabei ändert sich der Strahlquerschnitt von elliptisch zu kreisförmig und von kreisförmig wieder zu elliptisch. Die Querschnitte der Strahlen an dem Spiegel-Array 717 zeigt die Figur 6c. In Figur 6d sind die Strahl querschnitte in der Mittelebene 33 dargestellt. Figur 6e zeigt die Strahlquerschnitte an dem Spiegel-Array 718. Es zeigt sich, dass an den Spiegelelementen der Strahl große und annähernd kreisförmige Querschnitte aufweist.

Auch hierbei ist es vorteilhaft, dass mindestens ein Spiegel-Array 717 und 718 ein GDD- oder GTI-Spiegel ist. Die Dispersion des Spiegels wird so gewählt, dass durch das Medium und die Luft verursachte Dispersion ausgeglichen wird und die Pulslän- ge aufgrund inkrementeller Verbreiterung des Strahlspektrums nach jedem Durch gang verkürzt wird.

Für einen stigmatischen Strahl 1 ist es vorteilhaft, dass für die Formungsoptik 261 eine zylindrische Linse verwendet wird, deren Fokuslänge der Fokuslänge der Spiegel gleicht und deren Fokus in der Fokusebene 33 liegt.

Zur Erhöhung der Strahlqualität können ein Blenden-Array oder mehrere Blenden- Arrays in der Multipasszelle verwendet werden. Vorteilhaft wird ein Blenden-Array in der Fokusebene 33, oder in der Nähe der Fokusebene 33, verwendet. Die Blenden- Arrays weisen Öffnungen auf, deren Geometrie an die Strahlquerschnitte der jeweili gen Strahldurchtrittsstellen angepasst ist.

Beispiele von Blenden-Arrays für die in Figur 4 dargestellten White-Multipasszelle zeigen die Figur 7b, Figur 7c und Figur 7d.

Ein Beispiel von einem Blenden-Array, das in einer Ebene unmittelbar vor dem Spiegel 776 liegt, zeigt die Figur 7b. Diese Fokusebene hat Durchtritte 201, 202, 203,

204, 205. Das Blenden-Array hat ebenfalls fünf Öffnungen 221, 222, 223, 224, 225. Als eine Faustregel gilt, dass die Öffnungsquerschnitte das 1,3- bis zu 2-fache der Strahlquerschnitte des entsprechenden Gauß’schen Strahls betragen sollen. Figur 7c und 7d zeigen beispielhaft die Anordnungen der Öffnungen von Blenden-Arrays für die Fokusebene 33 bzw. an den Spiegeln 777 und 778.