Die Erfindung betrifft ein Lasersystem zur Bereitstellung mindestens eines Ausgangslaserstrahls zur Laserbearbeitung eines Werkstücks.

Aus der WO 2020/171946 Al ist ein Lasersystem bekannt, umfassend einen Mehrkanal-Strahlteiler, der so angeordnet und konfiguriert ist, dass er ein erstes optisches Eingangssignal in mehrere geteilte erste optische Signale teilt, eine Vielzahl von Phasenmodulatoren, um eine Phase eines bestimmten aufgeteilten ersten optischen Signals in Reaktion auf ein Steuersignal zu modifizieren, einen Wellenleiter, der an einem optischen Ausgang der Phasenmodulatoren angeordnet ist, wobei der Wellenleiter dazu eingerichtet ist, die geteilten ersten optischen Signale, die von den Phasenmodulatoren ausgegeben werden, zur Erzeugung eines optischen Signalmusters räumlich umzuordnen, und einen optischen Verstärker, der an einem optischen Ausgang des Wellenleiters angeordnet ist, wobei der optische Verstärker eingerichtet ist, um das erzeugte optische Signalmuster zu verstärken.

Aus der EP 2 973 896 Bl ist ein Lasersystem für eine Phased-Array-Modulation eines Laserstrahls bekannt, umfassend eine Seedlaserquelle, welche einen Strahl von Laserimpulsen erzeugt, einen Splitter, welcher die Laserstrahlimpulse in eine Mehrzahl von Teilstrahlen aufteilt, eine Phasenmodulatoranordnung, die optisch mit dem Splitter gekoppelt und Phasendifferenzen zwischen den Teilstrahlen erzeugt, eine Phasenmodulationselektronik, die einen Betrieb der Phasenmodulatoranordnung steuert, einen Seedlaser- Ausgangsleistungsmodulator, der die Ausgangsleistung der Seedlaserquelle moduliert, einen mehradrigen photonischen Kristallfaser-Verstärker, der die durch die Phasenmodulatoranordnung ausgegebenen Teilstrahlen verstärkt, wodurch an einem Ausgang dessen ein verstärkter Laserstrahl erzeugt wird, einen Wellenleiter, der optisch zwischen einen Ausgang der Phasenmodulatoranordnung und einen Eingang des mehradrigen photonischen Kristallfaser-Verstärkers gekoppelt ist, wobei ein Strahlenweg der Vorrichtung für eine Phased-Array-Modulation eines Laserstrahls eine vollständige Faserspleißung aufweist, die Phasenmodulationselektronik einen Betrieb der Phasenmodulatoranordnung so steuert, dass der verstärkte Laserstrahl gelenkt wird, und wobei der Seedlaser-Ausgangsleistungsmodulator so gestaltet ist, dass er synchron zu der Phasenmodulationselektronik die Seedlaser-Ausgangsleistung gemäß dem Ausmaß der durch die Phasenmodulatoranordnung vermittelten Ablenkung moduliert, um durch die Ablenkung verursachte Schwankungen der Strahleffizienz zu kompensieren.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein eingangs genanntes Lasersystem bereitzustellen, welches eine Ausbildung des mindestens einen Ausgangslaserstrahls mit einer hohen Ausgangsleistung sowie einer hohen zeitlichen und räumlichen Dynamik ermöglicht.

Diese Aufgabe wird bei dem eingangs genannten Lasersystem erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Lasersystem mindestens eine Laserstrahlquelle zur Bereitstellung einer Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen umfasst, eine Phaseneinstelleinrichtung zur Einstellung einer Phasendifferenz zwischen den jeweiligen kohärenten Laserstrahlen, zumindest einen als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Abschnitt, wobei zumindest die Phaseneinstelleinrichtung in mindestens einem als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Abschnitt des Lasersystems ausgebildet ist und wobei aus dem mindestens einen als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Abschnitt mindestens ein manipulierter Laserstrahl ausgekoppelt wird, und eine Verstärkungseinrichtung zur Bereitstellung mindestens eines verstärkten Laserstrahls durch Verstärkung des mindestens einen manipulierten Laserstrahls, wobei der mindestens eine Ausgangslaserstrahl dem mindestens einen verstärkten Laserstrahl entspricht oder aus dem mindestens einen verstärkten Laserstrahl ausgebildet wird.

Unter einem Photonic Integrated Circuit (PIC) ist insbesondere eine integrierte Optik zu verstehen, wobei insbesondere optische Komponenten und/oder Strahlführungskomponenten zur Führung der kohärenten Laserstrahlen auf einem Substrat angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist zumindest die Phaseneinstelleinrichtung des Lasersystems in zumindest einem als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Abschnitt des Lasersystems ausgebildet. Anders ausgedrückt ist zumindest die Phaseneinstelleinrichtung des Lasersystems als Photonic Integrated Circuit ausgeführt bzw. zumindest ein als Photonic Integrated Circuit ausgeführter Abschnitt des Lasersystems weist die Phaseneinstelleinrichtung auf. Dies ermöglicht es, die Phasendifferenzen zwischen den vorhandenen kohärenten Laserstrahlen mit einer Phaseneinstellfrequenz von 100 kHz oder mehr einzustellen. Beispielsweise lassen sich dadurch ein oder mehrere Ausgangslaserstrahlen mit einer besonders hohen zeitlichen und/oder räumlichen Dynamik ausbilden. Es lässt sich dadurch wiederum mittels des mindestens einen Ausgangslaserstrahls beispielsweise ein Werkstück mit einer hohen zeitlichen und/oder räumlichen Dynamik bearbeiten. Zudem lässt sich das Lasersystem durch dessen abschnittsweise Ausführung als Photonic Integrated Circuit modular und/oder kompakt ausbilden.

Unter den kohärenten Laserstrahlen sind insbesondere unterschiedliche Laserstrahlen zu verstehen, welche zueinander eine feste Phasenbeziehung aufweisen.

Insbesondere ist der mindestens eine als Photonic Integrated Circuit ausgebildete Abschnitt des Lasersystems eingerichtet, um die kohärenten Laserstrahlen zu manipulieren. Dies umfasst beispielsweise eine Manipulation von Eigenschaften der kohärenten Laserstrahlen, wie z.B. deren Phasenlage zueinander. Weiter kann dies beispielsweise eine Anpassung von Eigenschaften von Laserpulsen der kohärenten Laserstrahlen umfassen, wie z.B. eine Anpassung von Pulsdauer, Pulsform und/oder Pulsabstand der Laserpulse.

Unter dem oder den vorhandenen manipulierten Laserstrahlen sind insbesondere die kohärenten Laserstrahlen zu verstehen, welche in den mindestens einen als Photonic Integrated Circuit ausgebildeten Abschnitt eingekoppelt werden und nach Durchlaufen des mindestens einen Abschnitts aus diesem ausgekoppelt werden. Im Fall mehrerer vorhandener als Photonic Integrated Circuit ausgebildeter Abschnitte sind unter den manipulierten Laserstrahlen insbesondere diejenigen Laserstrahlen zu verstehen, welche bezogen auf ihren jeweiligen Strahlpfad aus dem letzten der von ihnen durchlaufenen als Photonic Integrated Circuit ausgebildeten Abschnitte des Lasersystems ausgekoppelt werden. Beispielsweise ist dies der letzte vorhandene als Photonic Integrated Circuit ausgebildete Abschnitt des Lasersystems, welchen die Laserstrahlen vor Einkopplung in die Verstärkungseinrichtung durchlaufen.

Insbesondere wird der mindestens eine manipulierte Laserstrahl durch Manipulation und/oder Kombination und/oder Umformung von einem oder mehreren kohärenten Laserstrahlen auf dem mindestens einen als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Abschnitt ausgebildet. Beispielsweise sind die manipulierten Laserstrahlen jeweils kohärente Laserstrahlen, welche mittels der Phaseneinstelleinrichtung phasenmanipuliert wurden oder phasenmanipulierbar sind.

Insbesondere ist mittels der Phaseneinstelleinrichtung eine Phasendifferenz zwischen den jeweiligen kohärenten Laserstrahlen und insbesondere zwischen allen vorhandenen kohärenten Laserstrahlen einstellbar.

Es kann vorgesehen sein, dass eine Anzahl der vorhandenen kohärenten Laserstrahlen einer Anzahl der vorhandenen manipulierten Laserstrahlen und/oder einer Anzahl der vorhandenen verstärkten Laserstrahlen entspricht. Beispielsweise kann dann eine Kombination der verstärkten Laserstrahlen zu dem mindestens einen Ausgangslaserstrahl vorgesehen sein ("Coherent Beam Combining"). Das Lasersystem kann dann beispielsweise als "Coherent Beam Combining"-System ausgeführt sein.

Insbesondere bewirkt eine mittels der Phaseneinstelleinrichtung durchgeführte Änderung der Phasendifferenz zwischen den jeweiligen kohärenten Laserstrahlen eine Änderung der Phasendifferenz zwischen entsprechenden manipulierten Laserstrahlen und/oder verstärkten Laserstrahlen.

Insbesondere durchlaufen die bereitgestellten kohärenten Laserstrahlen zuerst die Phaseneinstelleinrichtung und/oder den mindestens einen als Photonic Integrated Circuit ausgebildeten Abschnitt des Lasersystems und werden dann als manipulierte Laserstrahlen aus diesem Abschnitt ausgekoppelt. Diese manipulierten Laserstrahlen werden dann wiederum in die Verstärkungseinrichtung eingekoppelt.

Insbesondere ist die Verstärkungseinrichtung nach der Phaseneinstelleinrichtung und/oder nach dem mindestens einen als Photonic Integrated Circuit ausgebildeten Abschnitt des Lasersystems angeordnet. Insbesondere ist die Verstärkungseinrichtung nach allen vorhandenen als Photonic Integrated Circuit ausgebildeten Abschnitten des Lasersystems angeordnet.

Beispielsweise wird der mindestens eine Ausgangslaserstrahl durch Kombination und/oder Überlagerung mehrerer und insbesondere aller verstärkter Laserstrahlen ausgebildet. Hierzu kann das Lasersystem beispielsweise eine Kombinationseinrichtung umfassen.

Es kann vorgesehen sein, dass der mindestens eine Ausgangslaserstrahl durch Strahlformung des mindestens einen verstärkten Laserstrahls mittels einer Strahlformungseinrichtung des Lasersystems ausgebildet wird.

Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die mittels der mindestens einen Laserstrahlquelle bereitgestellten kohärenten Laserstrahlen jeweils Laserpulse mit einer Pulsdauer von höchstens 50 ns und bevorzugt höchstens 10 ps und/oder mindestens 1 fs aufweisen. Dem mindestens einen Ausgangslaserstrahl lassen sich dadurch Laserpulse zuordnen, welche für die Bearbeitung des Werkstücks vorteilhafte Pulsparameter und/oder Pulsdauern aufweisen. Es lassen sich dadurch eine Vielzahl vorteilhafter Varianten zur Bearbeitung des Werkstücks mittels des mindestens einen Ausgangslaserstrahls, welcher aus den bereitgestellten kohärenten Laserstrahlen ausgebildet ist, realisieren.

Insbesondere weist ein mittels der mindestens einen Laserstrahlquelle bereitgestellter Eingangslaserstrahl Laserpulse mit einer Pulsdauer von höchstens 50 ns und bevorzugt höchstens 10 ps und/oder mindestens 1 fs auf, wobei ein oder mehrere der kohärenten Laserstrahlen bevorzugt durch Aufteilung des Eingangslaserstrahls ausgebildet werden. Insbesondere weist der mindestens eine Ausgangslaserstrahl Laserpulse mit einer Pulsdauer von höchstens 50 ns und bevorzugt höchstens 10 ps und/oder mindestens 1 fs auf.

Insbesondere sind die mittels der mindestens einen Laserstrahlquelle bereitgestellten kohärenten Laserstrahlen Ultrakurzpulslaserstrahlen. Insbesondere umfassen die mittels der mindestens einen Laserstrahlquelle bereitgestellten kohärenten Laserstrahlen jeweils ultrakurze Laserpulse.

Insbesondere sind die mittels der mindestens einen Laserstrahlquelle bereitgestellten Laserpulse der kohärenten Laserstrahlen bandbreitenbegrenzt. Es kann vorgesehen sein, dass die Laserpulse vor einer Einkopplung in den mindestens einen als Photonic Integrated Circuit ausgebildeten Abschnitt gestreckt werden, beispielsweise mittels chromatisch dispersiver Elemente. Dadurch ist die Pulsdauer von Laserpulsen der kohärenten Laserstrahlen innerhalb des mindestens einen als Photonic Integrated Circuit ausgebildeten Abschnitts länger als die Pulsdauer von Laserpulsen des mindestens einen Ausgangslaserstrahls. Das Spektrum in dem mindestens einen als Photonic Integrated Circuit ausgebildeten Abschnitt ist jedoch ähnlich oder sogar schmalbandiger als das Spektrum des mindestens einen Ausgangslaserstrahls.

Vorzugsweise ist die mindestens eine Laserstrahlquelle grundmodig ausgelegt. Bevorzugt weisen die mittels der mindestens einen Laserstrahlquelle bereitgestellten kohärenten Laserstrahlen und/oder Laserpulse eine Gauß- Grundmode mit wohldefiniertem Polarisationszustand auf.

Insbesondere ist der mindestens eine als Photonic Integrated Circuit ausgebildete Abschnitt ausgebildet, um die mittels der mindestens einen Laserstrahlquelle bereitgestellten kohärenten Laserstrahlen mit großer spektraler Bandbreite zu verarbeiten und/oder durchzuleiten.

Beispielsweise weist der mindestens eine als Photonic Integrated Circuit ausgebildete Abschnitt eine optische Bandbreite von mindestens 1 pm und/oder höchstens 500 nm auf, wobei ein dieser optischen Bandbreite zugeordneter Wellenlängenbereich beispielsweise mindestens 1020 nm und/oder höchstens 1040 nm beträgt.

Insbesondere weisen auf dem mindestens einen als Photonic Integrated Circuit ausgebildeten Abschnitt vorhandene Wellenleiterelemente und/oder Kopplungselemente und/oder Kombinationselemente und/oder Splitterelemente eine Transferfunktion auf, welche bezüglich einer spektralen Bandbreite von Laserpulsen der kohärenten Laserstrahlen konstant oder zumindest näherungsweise konstant ist.

Vorzugsweise ist der mindestens eine als Photonic Integrated Circuit ausgeführte Abschnitt des Lasersystems in Planartechnologie und/oder Dünnschichttechnologie aufgebaut.

Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass zumindest in einem als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Abschnitt des Lasersystems zumindest ein Wellenleiterelement zur Durchführung eines bestimmten kohärenten Laserstrahls ausgebildet ist, wobei das mindestens eine Wellenleiterelement insbesondere einen Durchmesser von mindestens 10 nm und/oder höchstens 200 pm aufweist. Bevorzugt beträgt der Durchmesser mindestens 100 nm und/oder höchstens 20 pm. Insbesondere weisen alle in dem mindestens einen als Photonic Integrated Circuit ausgebildeten Abschnitt ausgebildeten Wellenleiterelemente und/oder Wellenleiterstrukturen, welche zur Durchführung eines kohärenten Laserstrahls vorgesehen sind, einen Durchmesser in den genannten Bereichen auf.

Vorzugsweise sind alle in dem mindestens einen als Photonic Integrated Circuit ausgebildeten Abschnitt ausgebildeten Wellenleiterelemente und/oder Wellenleiterstrukturen in Planartechnologie und/oder Dünnschichttechnologie aufgebaut.

Insbesondere weisen die Wellenleiterelemente bzw. Wellenleiterstrukturen ebene Begrenzungsflächen und/oder eine Schichtdicke von mindestens 50 nm und/oder höchstens 10 pm auf. Vorteilhaft kann es sein, wenn die als Photonic Integrated Circuit ausgeführte Phaseneinstelleinrichtung ein elektro-optisches oder plasmonisches Material umfasst, und/oder wenn die als Photonic Integrated Circuit ausgeführte Phaseneinstelleinrichtung aus einem elektro-optischen oder plasmonischen Material ausgebildet ist. Insbesondere besteht die als Photonic Integrated Circuit ausgeführte Phaseneinstelleinrichtung aus einem elektro-optischen und/oder plasmonischen Material oder ist mittels solcher Materialien realisiert.

Beispielsweise ist oder umfasst das elektro-optische Material Lithium-Niobate. Es lassen sich dadurch mittels der Phaseneinstelleinrichtung hohe Phaseneinstellfrequenzen realisieren.

Alternativ oder zusätzlich kann es auch vorgesehen sein, dass die Phaseneinstelleinrichtung auf dem thermooptischen Effekt basierend ausgebildet ist.

Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Phaseneinstelleinrichtung ein oder mehrere Phaseneinstellelemente aufweist, wobei beispielsweise ein oder mehrere Phaseneinstellelemente jeweils einem bestimmten kohärenten Laserstrahl zugeordnet sind. Insbesondere sind die jeweiligen Phaseneinstellelemente der Phaseneinstelleinrichtung aus den genannten elektro-optischen oder plasmonischen Materialien, wie z.B. Lithium-Niobate, ausgebildet oder mittels des thermooptischen Effekts realisiert.

Vorzugsweise ist bei N vorhandenen kohärenten Laserstrahlen jeweils N-l oder N der kohärenten Laserstrahlen jeweils mindestens ein oder genau ein Phaseneinstellelement zugeordnet. Es lassen sich dadurch insbesondere die jeweiligen Phasendifferenzen zwischen allen vorhandenen kohärenten Laserstrahlen mittels der Phaseneinstelleinrichtung einstellen.

Insbesondere ist die Phaseneinstelleinrichtung und/oder ein jeweiliges Phaseneinstellelement der Phaseneinstellrichtung ausgebildet, um eine Phase des zugeordneten kohärenten Laserstrahls bzw. der zugeordneten kohärenten Laserstrahlen zwischen 0 und 2*Pi zu ändern. Die Half-wave-voltage liegt dabei bevorzugt in einem Spannungsbereich von 0 bis 10 V. Günstig kann es sein, wenn die Phaseneinstelleinrichtung ausgebildet ist, um die Phasendifferenz zwischen den jeweiligen kohärenten Laserstrahlen mit einer maximalen Phaseneinstellfrequenz von mindestens 100 kHz und/oder höchstens 10 GHz und bevorzugt von mindestens 1 MHz und/oder höchstens 500 MHz einzustellen. Es lässt sich dadurch der mindestens eine Ausgangslaserstrahl mit einer hohen zeitlichen und räumlichen Dynamik modulieren. Dadurch lässt sich ein zu bearbeitendes Werkstück mittels des mindestens einen Ausgangslaserstrahls mit einer hohen zeitlichen und räumlichen Dynamik bearbeiten.

Insbesondere ist unter der Phaseneinstellfrequenz eine maximal mögliche Einstellfrequenz zu verstehen, mit welcher eine Einstellung der Phasendifferenz im Betrieb des Lasersystems möglich ist.

Die genannte Phaseneinstellfrequenz ermöglicht eine Einstellung der Phasendifferenzen zwischen den kohärenten Laserstrahlen mit einer hohen zeitlichen Auflösung. Dadurch lassen sich beispielsweise die kohärenten Laserstrahlen und aus diesen ausgebildete verstärkte Laserstrahlen mit einer hohen zeitlichen und/oder räumlichen Auflösung zu einem oder mehreren Ausgangslaserstrahlen kombinieren. Dies ermöglicht beispielsweise eine schnelle Variation von Strahlverteilungen und/oder Pulsparametern, was beispielsweise wiederum eine Bearbeitung des Werkstücks mit einer erhöhten Geschwindigkeit sowie einer erhöhten zeitlichen und/oder räumlichen Auflösung ermöglicht.

Vorteilhaft kann es sein, wenn das Lasersystem mindestens ein Sensorelement aufweist, welches mindestens einem als Photonic Integrated Circuit ausgebildeten Abschnitt zugeordnet ist oder an mindestens einem als Photonic Integrated Circuit ausgebildeten Abschnitt angeordnet ist. Mittels des mindestens einen Sensorelements lassen sich an dem zugeordneten Abschnitt Messwerte erfassen, wie z.B. Temperaturen von dort vorhandenen Elementen oder Phasendifferenzen zwischen Laserstrahlen.

Günstig kann es sein, wenn das mindestens eine Sensorelement ein Temperatursensorelement zur Messung einer Temperatur des als Photonic Integrated Circuit ausgebildeten Abschnitts ist. Es lässt sich dadurch beispielsweise eine Temperatur des entsprechenden Abschnitts überwachen. Dadurch lässt sich eine ordnungsgemäße Funktion der in dem Abschnitt vorhandenen Elemente sowie ein störungsarmer Betrieb des Lasersystems sicherstellen.

Vorteilhafterweise kann das mindestens eine Sensorelement ein Phasenmesselement zur Messung einer Phasendifferenz zwischen zwei oder mehr der vorhandenen kohärenten Laserstrahlen sein. Es lassen sich dadurch beispielsweise die Phasendifferenzen zwischen den vorhandenen kohärenten Laserstrahlen in dem Abschnitt messen, an welchem die Phaseneinstelleinrichtung ausgebildet ist. Dies ermöglicht beispielsweise eine Steuerung und/oder Regelung der mittels der Phaseneinstelleinrichtung eingestellten Phasendifferenzen.

Das Phasenmesselement ist oder umfasst insbesondere eine Photodiode. Beispielsweise werden dann mittels des Phasenmesselements Intensitäten gemessen, wobei mittels der gemessenen Intensitäten beispielsweise die Phasendifferenz zwischen zwei oder mehr der vorhandenen kohärenten Laserstrahlen ermittelt wird oder eine zeitliche Charakteristik eines bestimmten kohärenten Laserstrahls überwacht wird.

Vorteilhaft kann es sein, wenn das Lasersystem mindestens ein Kühlelement zur Kühlung zumindest eines als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Abschnitts des Lasersystems aufweist, wobei das mindestens eine Kühlelement insbesondere ein Peltierelement ist oder umfasst. Es lässt sich dadurch ein stabiler Betrieb der Komponenten und/oder Elemente des entsprechenden Abschnitts sowie des Lasersystems bei unterschiedlichen thermischen Bedingungen realisieren. In Verbindung mit entsprechenden Temperatursensorelementen lässt sich beispielsweise eine Temperatursteuerung und/oder Regelung realisieren.

Günstig kann es sein, wenn das Lasersystem eine Aufteilungseinrichtung zur Aufteilung eines mittels einer Laserstrahlquelle des Lasersystems bereitgestellten kohärenten Eingangslaserstrahls in mehrere kohärente Laserstrahlen aufweist. Insbesondere ist die Aufteilungseinrichtung als Photonic Integrated Circuit ausgeführt oder auf mindestens einem als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Abschnitt des Lasersystems ausgebildet. Es lassen sich dadurch mehrere zueinander kohärente Laserstrahlen auf technisch einfache Weise bereitstellen. Beispielsweise kann dadurch eine Vielzahl kohärenter Laserstrahlen mittels einer einzigen Laserquelle bereitgestellt werden.

Beispielsweise werden mehrere der vorhandenen kohärenten Laserstrahlen oder alle vorhandenen kohärenten Laserstrahlen durch Aufteilung des Eingangslaserstrahls mittels der Aufteilungseinrichtung bereitgestellt.

Alle vorhandenen kohärenten Laserstrahlen weisen insbesondere gleiche Eigenschaften auf, wie z.B. die gleiche Wellenlänge und/oder das gleiche Spektrum.

Alternativ hierzu können unterschiedliche Teilmengen der vorhandenen kohärenten Laserstrahlen jeweils unterschiedliche Eigenschaften und insbesondere unterschiedliche Pulseigenschaften und/oder Pulsdauern aufweisen. Beispielsweise können dann zur Bereitstellung der unterschiedlichen Teilmengen der kohärenten Laserstrahlen mehrere unterschiedliche Laserquellen vorgesehen sein. Auf diese Weise können z.B. mehrere Ausgangslaserstrahlen zur Realisierung komplexer Intensitätsverteilungen bereitgestellt werden, wobei diese Intensitätsverteilungen beispielsweise eine Überlagerung von Laserpulsen mit unterschiedlichen Pulseigenschaften und/oder Pulsdauern umfassen können.

Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass mindestens eine Laserstrahlquelle des Lasersystems einen Laseroszillator und/oder eine Laserdiode umfasst. Es lässt sich dadurch beispielsweise ein kohärenter Eingangslaserstrahl bereitstellen, welcher in mehrere zueinander kohärente Laserstrahlen aufgeteilt werden kann.

Beispielsweise ist mindestens eine Laserstrahlquelle des Lasersystems als Photonic Integrated Circuit ausgeführt oder auf mindestens einem als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Abschnitt des Lasersystems ausgebildet. Dadurch lässt sich das Lasersystem modular und/oder kompakt ausführen. Es kann vorgesehen sein, dass das Lasersystem mehrere Laserstrahlquellen aufweist, um die Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen bereitzustellen. Beispielsweise werden dann mittels einer bestimmten Laserstrahlquelle jeweils ein oder mehrere der vorhandenen kohärenten Laserstrahlen bereitgestellt. Alternativ hierzu kann das Lasersystem genau eine Laserstrahlquelle aufweisen, um die Mehrzahl von kohärenten Laserstrahlen bereitzustellen.

Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass die Verstärkungseinrichtung mindestens einen Faserverstärker und/oder mindestens einen Stabverstärker und/oder mindestens einen Slabverstärker und/oder mindestens einen Scheibenverstärker und/oder mindestens einen Multipass-Verstärker umfasst. Es lässt sich dadurch eine effektive Verstärkung des mindestens einen manipulierten Laserstrahls durchführen.

Insbesondere kann die Verstärkungseinrichtung mehrere Verstärkungselemente aufweisen, welche beispielsweise kaskadiert und/oder parallel angeordnet sind. Beispielsweise kann ein bestimmtes Verstärkungselement jeweils einem oder mehreren der vorhandenen manipulierten Laserstrahlen zugeordnet sein.

Ein Verstärkungselement kann beispielsweise jeweils einen Faserverstärker und/oder einen Stab Verstärker und/oder einen Slabverstärker und/oder einen Scheibenverstärker und/oder einen Multipass-Verstärker umfassen oder aus einem solchen bestehen.

Die Verstärkungseinrichtung kann beispielsweise einstufig oder mehrstufig ausgebildet sein. Im Fall einer mehrstufigen Ausbildung umfasst die Verstärkungseinrichtung beispielsweise mehrere kaskadiert angeordnete Verstärkungselemente.

Insbesondere ist die Verstärkungseinrichtung eingerichtet, um die in die Verstärkungseinrichtung eingekoppelten manipulierten Laserstrahlen um mindestens 30 dB und insbesondere um mindestens 40 dB zu verstärken. Beispielsweise beträgt eine Pulsenergie von in die Verstärkungseinrichtung eingekoppelten Laserpulsen der manipulierten Laserstrahlen ca. 10 pJ und eine Pulsenergie der aus der Verstärkungseinrichtung ausgekoppelten Laserpulsen der verstärkten Laserstrahlen ca. 10 pJ.

Es kann vorgesehen sein, dass die Verstärkungseinrichtung eine Frequenzkonversionsstufe und/oder eine Pulskompressionsstufe aufweist oder dass der Verstärkungseinrichtung eine Frequenzkonversionsstufe und/oder eine Pulskompressionsstufe des Lasersystems zugeordnet ist. Beispielsweise kann die Pulskompressionsstufe der Verstärkungseinrichtung nachgeschaltet sein.

Bei einer Ausführungsform kann es vorgesehen sein, dass das Lasersystem eine Kombinationseinrichtung zur Kombination und/oder Überlagerung mehrerer Laserstrahlen, wie beispielsweise mehrerer kohärenter Laserstrahlen und/oder mehrerer manipulierter Laserstrahlen und/oder mehrerer verstärkter Laserstrahlen, aufweist. Insbesondere werden mittels der Kombinationseinrichtung alle vorhandenen kohärenten Laserstrahlen und/oder manipulierten Laserstrahlen und/oder verstärkten Laserstrahlen kombiniert.

Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass mittels der Kombinationseinrichtung mehrere verstärkte Laserstrahlen zu dem mindestens einen Ausgangslaserstrahl kombiniert werden und/oder dass die Kombinationseinrichtung vollständig oder teilweise nach der Verstärkungseinrichtung angeordnet ist.

Alternativ oder zusätzlich hierzu kann es vorgesehen sein, dass mittels der Kombinationseinrichtung mehrere manipulierte Laserstrahlen kombiniert werden und/oder dass die Kombinationseinrichtung vollständig oder teilweise vor der Verstärkungseinrichtung angeordnet ist. Es werden dadurch beispielsweise ein oder mehrere kombinierte manipulierte Laserstrahlen zur Einkopplung in die Verstärkungseinrichtung ausgebildet.

Insbesondere ist oder umfasst die Kombinationseinrichtung ein diffraktives optisches Element und/oder eine Gitterstruktur mit periodischem Muster und/oder ein Mikrolinsen-Array, mittels welchen insbesondere eine Kombination und/oder Überlagerung der Laserstrahlen bewirkt wird. Es ist auch möglich, dass die Kombinationseinrichtung auf mindestens einem als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Abschnitt des Lasersystems ausgebildet ist. In diesem Fall umfasst die Kombinationseinrichtung beispielsweise ein oder mehrere auf dem zugeordneten Abschnitt ausgebildete Kombinationselemente zur Kombination von kohärenten Laserstrahlen. Der aus dem mindestens einen als Photonic Integrated Circuit ausgebildeten Abschnitt ausgekoppelte mindestens eine manipulierte Laserstrahl umfasst dann beispielsweise bereits eine Kombination mehrerer kohärenter Laserstrahlen.

Es kann vorgesehen sein, dass die Kombinationseinrichtung eine Frequenzkonversionsstufe und/oder Pulskompressionsstufe aufweist oder der Kombinationseinrichtung eine Frequenzkonversionsstufe und/oder Pulskompressionsstufe des Lasersystems zugeordnet ist. Insbesondere sind die Frequenzkonversionsstufe und/oder die Pulskompressionsstufe der Kombinationseinrichtung vorgeschaltet.

Es ist grundsätzlich auch möglich, dass eine Kombination der manipulierten Laserstrahlen und/oder der verstärkten Laserstrahlen ohne Kombinationseinrichtung erfolgt. Beispielsweise kann das Lasersystem so ausgebildet sein, dass der mindestens eine Ausgangslaserstrahl durch Überlagerung der verstärkten Laserstrahlen im Fernfeld ausgebildet wird.

Insbesondere umfasst zumindest ein als Photonic Integrated Circuit ausgeführter Abschnitt des Lasersystems mindestens ein Splitterelement zur Aufteilung eines Eingangslaserstrahls in zwei oder mehr Ausgangslaserstrahlen, wobei das mindestens eine Splitterelement bevorzugt als Multi-Mode-Interferenz-Koppler ausgeführt ist oder einen Multi-Mode-Interferenz-Koppler umfasst.

Insbesondere umfasst zumindest ein als Photonic Integrated Circuit ausgeführter Abschnitt des Lasersystems mindestens ein Kombinationselement zur Kombination von zwei oder mehr Eingangslaserstrahlen zu einem Ausgangslaserstrahl, wobei das mindestens eine Kombinationselement bevorzugt als Multi-Mode-Interferenz-Koppler ausgeführt ist oder einen Multi-Mode- Interferenz-Koppler umfasst. Als Multi-Mode-Interferenz-Koppler ausgeführte Splitterelemente bzw. Kombinationselemente können breitbandig ausgeführt werden und sind bevorzugt zur Verarbeitung von ultrakurzen Laserpulsen geeignet. Insbesondere lassen sich derartige Kombinationselemente und/oder Splitterelemente mit einer Transferfunktion realisieren, welche bezüglich einer spektralen Bandbreite von Laserpulsen der kohärenten Laserstrahlen konstant oder zumindest näherungsweise konstant ist.

Es ist grundsätzlich auch möglich, das mindestens eine Kombinationselement und/oder das mindestens eine Splitterelement als Y-Koppler auszuführen, welches bevorzugt eine vorstehend genannte Transferfunktion aufweist.

Insbesondere umfasst zumindest ein als Photonic Integrated Circuit ausgeführter Abschnitt des Lasersystems mindestens ein Phaseneinstellelement zur Änderung einer Phase eines bestimmten kohärenten Laserstrahls oder eines aus einem bestimmten kohärenten Laserstrahl gebildeten Teilstrahls. Vorzugsweise ist das mindestens eine Phaseneinstellelement gleichartig ausgebildet wie die vorstehend beschriebenen Phaseneinstellelemente der Phaseneinstelleinrichtung und/oder weist ein oder mehrere Merkmale der vorstehend beschriebenen Phaseneinstellelemente der Phaseneinstelleinrichtung auf. Das hier genannte mindestens eine Phaseneinstellelement kann der Phaseneinstelleinrichtung zugeordnet sein, muss dies allerdings nicht notwendigerweise.

Insbesondere umfasst zumindest ein als Photonic Integrated Circuit ausgeführter Abschnitt des Lasersystems mindestens ein spektrales Filterelement zur spektralen Filterung eines Eingangslaserstrahls. Insbesondere weist das spektrale Filterelement einen Ausgang zur Auskopplung eines spektral gefilterten Ausgangsstrahls auf.

Das spektrale Filterelement umfasst beispielsweise ein Ringresonatorelement und/oder ein Gitterelement, wie z.B. ein Bragg-Gitter.

Insbesondere umfasst zumindest ein als Photonic Integrated Circuit ausgeführter Abschnitt des Lasersystems mindestens ein Einkopplungselement zur Einkopplung eines in einem Lichtleitkabel geführten Laserstrahls, z.B. eines kohärenten Laserstrahls, in ein in diesem Abschnitt ausgebildetes Wellenleiterelement. Insbesondere lässt sich der Laserstrahl mittels des Einkopplungselements aus dem Lichtleitkabel in das als Photonic Integrated Circuit ausgeführte Wellenleiterelement überführen.

Insbesondere umfasst zumindest ein als Photonic Integrated Circuit ausgeführter Abschnitt des Lasersystems mindestens ein Auskopplungselement zur Auskopplung eines Laserstrahls, z.B. eines manipulierten Laserstrahls, aus einem in diesem Abschnitt ausgebildeten Wellenleiterelements in ein Lichtleitkabel.

Insbesondere lässt sich der Laserstrahl mittels des Auskopplungselements aus dem als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Wellenleiterelement in das Lichtleitkabel überführen.

Beispielsweise kann es vorgesehen sein, dass das Lasersystem ein oder mehrere Lichtleitkabel umfasst, in welchen dem Lasersystem zugeordnete Laserstrahlen, wie z.B. kohärente Laserstrahlen, manipulierte Laserstrahlen und/oder verstärkte Laserstrahlen, geführt sind. Insbesondere sind dem Lasersystem zugeordnete Laserstrahlen außerhalb des mindestens einen als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Abschnitts und/oder in an den mindestens einen als Photonic Integrated Circuit angrenzenden Abschnitten zumindest abschnittsweise in Lichtleitkabeln des Lasersystems geführt.

Mittels Einkopplungs- und Auskopplungselementen lässt sich der mindestens eine als Photonic Integrated Circuit ausgeführte Abschnitt auf technisch einfache Weise in das Lasersystem integrieren und/oder an andere Komponenten des Lasersystems anbinden.

Insbesondere sind das mindestens eine Einkopplungselement und/oder das mindestens eine Auskopplungselement als Gitterkoppler ausgeführt oder umfassen einen Gitterkoppler. Alternativ hierzu können das mindestens eine Einkopplungselement und/oder das mindestens eine Auskopplungselement auch mittels Photonic Wire Bonds realisiert sein.

Insbesondere ist unter dem vorstehend genannten Splitterelement, Kombinationselement, Phaseneinstellelement, Verzögerungselement, spektralen Filterelement, Einkopplungselement und Auskopplungselement jeweils ein auf Element und/oder eine Komponente des Lasersystems zu verstehen, welches bzw. welche auf dem mindestens einen als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Abschnitt angeordnet und/oder ausgebildet ist.

Sofern im Zusammenhang mit Elementen des mindestens einen als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Abschnitts auf einen Eingangslaserstrahl bzw. einen Ausgangslaserstrahl Bezug genommen wird, kann dies insbesondere einer der vorhandenen kohärenten Laserstrahlen oder ein aus einem der vorhandenen kohärenten Laserstrahlen ausgebildeter Laserstrahl und/oder Teilstrahl sein. Es versteht sich, dass mittels der beschriebenen Elemente eine Vielzahl verschiedener Anwendungen auf dem mindestens einen als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Abschnitt realisiert werden können.

Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass der mindestens eine als Photonic Integrated Circuit ausgeführte Abschnitt des Lasersystems zumindest eine der folgenden Elemente und/oder Funktionen aufweist:

- ein Mach-Zehnder-Interferometer-Element, insbesondere zur Amplitudenmodulation von Laserpulsen eines Eingangslaserstrahls und/oder als variabler Schalter zwischen verschiedenen Eingangs- und Ausgangslaserstrahlen ;

- ein Burst-Erzeugungselement zur Erzeugung von Bursts aus mehreren Laserpulsen;

- ein spektrales Pulsformungselement zur spektralen Pulsformung von Laserpulsen eines Eingangslaserstrahls.

Insbesondere können die genannten Komponenten und/oder Funktionen durch Kombination von einem oder mehreren der vorstehend genannten Elemente realisiert sein, wie z.B. des Splitterelements, Kombinationselements, Phaseneinstellelements, Verzögerungselements und spektralen Filterelements.

Vorteilhaft kann es sein, wenn das Lasersystem eine optische Isolatoreinrichtung zur Verringerung und/oder Vermeidung eines Eindringens von rücklaufenden Laserstrahlen von der Verstärkungseinrichtung in den mindestens einen als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Abschnitt und/oder in die Phaseneinstelleinrichtung aufweist. Rücklaufende Laserstrahlen können beispielsweise Laserstrahlen sein, welche im Betrieb des Lasersystems in der Verstärkungseinrichtung und/oder am Werkstück reflektiert und/oder gestreut werden. Mittels der optischen Isolatoreinrichtung lässt sich eine Beschädigung von Elementen des als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Abschnitts und/oder der Phaseneinstelleinrichtung vermeiden.

Insbesondere umfasst die optische Isolatoreinrichtung mindestens ein optisches Isolatorelement, welches beispielsweise als optischer Multikanalisolator ausgebildet ist oder einen optischen Multikanalisolator umfasst. Bevorzugt ist mindestens ein optisches Isolatorelement der optischen Isolatoreinrichtung vor der Verstärkungseinrichtung angeordnet und/oder zwischen dem mindestens einen als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Abschnitt und der Verstärkungseinrichtung angeordnet ist. Beispielsweise durchlaufen aus dem mindestens einen als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Abschnitt ausgekoppelte kohärente Laserstrahlen zuerst die optische Isolatoreinrichtung und dann die Verstärkungseinrichtung.

Vorzugsweise sind die optische Isolatoreinrichtung und/oder die optischen Isolatorelemente auf Faraday- Rotator- Basis ausgeführt.

Es ist grundsätzlich auch möglich, dass innerhalb der Verstärkungseinrichtung ein oder mehrere optische Isolatorelemente der optischen Isolatoreinrichtung angeordnet sind, welche bevorzugt der optischen Isolatoreinrichtung zugeordnet sind. Beispielsweise können zwischen mehreren nacheinander angeordneten Verstärkungselementen der Verstärkungseinrichtung jeweils optische Isolatorelemente vorgesehen sein.

Im Rahmen der vorliegenden Unterlagen sind Angaben, dass eine erste Einrichtung und/oder ein erstes Element des Lasersystems nach einer zweiten Einrichtung und/oder einem zweiten Element der Vorrichtung angeordnet ist, stets bezogen auf eine Haupt-Propagationsrichtung von durch das Lasersystem geführten Laserstrahlen zu verstehen. Beispielsweise treffen dann die (kohärenten) Laserstrahlen zeitlich zuerst auf die zweite Einrichtung und/oder das zweite Element und anschließend auf die erste Einrichtung und/oder das erste Element. Die zweite Einrichtung und/oder das zweite Element ist dann vor der ersten Einrichtung und/oder dem ersten Element angeordnet.

Günstig kann es sein, wenn das Lasersystem mindestens zwei als Photonic Integrated Circuit ausgeführte Abschnitte aufweist. Den unterschiedlichen Abschnitten können insbesondere jeweils unterschiedliche Funktionen und/oder Elemente zugeordnet sein. Das Lasersystem lässt sich dadurch modular und flexibel ausführen.

Einzelne als Photonic Integrated Circuit ausgeführte Abschnitte werden auch als Einzelchips oder "PlCIets" bezeichnet. Beispielsweise kann das Lasersystem eine Vielzahl von PlCIets aufweisen oder abschnittsweise aus einer Kombination von mehreren PlCIets realisiert sein.

Unterschiedliche PlCIets können beispielsweise mittels Photonic Wire Bonds, FlipChips und/oder Edge-Coupling-Technologie verbunden sein.

Insbesondere sind zumindest zwei der vorhandenen Abschnitte aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet. Es lässt sich dadurch ein für eine bestimmte Funktion und/oder für ein bestimmtes Element vorgesehener als Photonic Integrated Circuit ausgeführter Abschnitt aus einem für diese Funktion bzw. für dieses Element besonders gut geeigneten Material ausbilden.

Beispielsweise können unterschiedliche Abschnitte aus unterschiedlichen elektrooptischen oder plasmonischen Materialien ausgebildet sein, wie z.B. Lithium- Niobate oder Siliziumnitrid.

Beispielsweise können unterschiedliche Funktionen und/oder Elemente des Lasersystems jeweils mittels unterschiedlichen als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Abschnitten realisiert sein.

Insbesondere kann mindestens ein aus Lithium-Niobate ausgebildeter bestehender Abschnitt vorgesehen sein, wobei dieser Abschnitt die Phaseneinstelleinrichtung und/oder mindestens ein Phaseneinstellelement umfasst oder diesem besteht. Aufgrund der schnellen Schaltbarkeit von Lithium- Niobate lässt sich dadurch insbesondere die Phaseneinstelleinrichtung mit einer hohen Phaseneinstellfrequenz realisieren.

Insbesondere kann mindestens ein aus SiN ausgebildeter oder bestehender Abschnitt vorgesehen sein, wobei dieser Abschnitt mindestens ein Splitterelement und/oder mindestens ein Kombinationselement umfasst oder aus diesem besteht. SiN weist eine hohe Leistungstauglichkeit auf uns ist besonders gut für passive Komponenten geeignet.

Insbesondere kann mindestens ein aus Silizium ausgebildeter oder bestehender Abschnitt vorgesehen ist, wobei dieser Abschnitt mindestens ein Sensorelement aufweist, welches mindestens einem als Photonic Integrated Circuit ausgebildeten Abschnitt des Lasersystems zugeordnet ist oder an mindestens einem als Photonic Integrated Circuit ausgebildeten Abschnitt des Lasersystems angeordnet ist. Silizium lässt sich bevorzugt zur Anordnung und/oder Ausbildung von Sensorkomponenten an bzw. auf dem mindestens einem als Photonic Integrated Circuit ausgebildeten Abschnitt verwenden.

Insbesondere kann es vorgesehen sein, dass das Lasersystem eine Abbildungseinrichtung und/oder eine Fokussierungseinrichtung umfasst, um den mindestens einen Ausgangslaserstrahl auf oder in das zu bearbeitende Werkstück abzubilden bzw. zu fokussieren.

Der mittels des Lasersystems bereitgestellte mindestens eine Ausgangslaserstrahl ist insbesondere geeignet, um an dem Werkstück abtragende Verfahren und/oder modifizierende Verfahren durchführen. Die abtragenden Verfahren umfassen beispielsweise das Bohren, Strukturieren, Reinigen und/oder Schneiden des Werkstücks. Die modifizierenden Verfahren umfassen beispielsweise das Ändern von Eigenschaften des Werkstücks, wie z.B. das Ändern der Oberflächenbeschaffenheit, der optischen Eigenschaften, des Brechungsindex und/oder die Ätzbarkeit des Werkstücks.

Das zu bearbeitende Werkstück kann beispielsweise Metalle, Dielektrika, Halbleiter, Kristalle, Keramiken und/oder Polymere umfassen. Insbesondere ist unter den Angaben "zumindest näherungsweise" oder "näherungsweise" im Allgemeinen eine Abweichung von höchstens 10 % zu verstehen. Falls nicht anders angegeben, ist unter den Angaben "zumindest näherungsweise" oder "näherungsweise" insbesondere zu verstehen, dass ein tatsächlicher Wert und/oder Abstand und/oder Winkel um höchstens 10 % von einem idealen Wert und/oder Abstand und/oder Winkel abweicht.

Die nachfolgende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung der Erfindung. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Lasersystems;

Fig. 2 ein Phaseneinstellelement mit einem planaren Wellenleiterelement eines als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Abschnitts des Lasersystems;

Fig. 3 ein Beispiel eines auf dem als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Abschnitt ausgebildeten Verzögerungselements;

Fig. 4a ein Beispiel eines auf dem als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Abschnitt ausgebildeten Splitterelements;

Fig. 4b ein Beispiel eines auf dem als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Abschnitt ausgebildeten Kombinationselements;

Fig. 5 ein Beispiel eines auf dem als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Abschnitt ausgebildeten Phaseneinstellelements;

Fig. 6a ein Beispiel eines auf dem als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Abschnitt ausgebildeten Einkopplungselements;

Fig. 6b ein Beispiel eines auf dem als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Abschnitt ausgebildeten Auskopplungselements; Fig. 7a ein Beispiel eines auf dem als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Abschnitt ausgebildeten spektralen Filterelements;

Fig. 7b ein weiteres Beispiel eines auf dem als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Abschnitt ausgebildeten spektralen Filterelements;

Fig. 8 ein Beispiel einer auf dem als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Abschnitt ausgebildeten Aufteilungseinrichtung und Phaseneinstelleinrichtung;

Fig. 9a ein Beispiel eines auf dem als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Abschnitt ausgebildeten Mach-Zehnder- Interferometer- Elements;

Fig. 9b ein Beispiel eines auf dem als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Abschnitt ausgebildeten weiteren Elements, welches in Kombination mit dem in Fig. 9a gezeigten Element ein Burst- Erzeugungselement bildet; und

Fig. 10 ein Beispiel eines auf dem als Photonic Integrated Circuit ausgeführten Abschnitt ausgebildeten variablen Verzögerungselements.

Gleiche oder funktional äquivalente Elemente sind in allen Figuren mit denselben Bezugszeichen versehen.

Ein Ausführungsbeispiel eines Lasersystems ist in Fig. 1 schematisch gezeigt und dort mit 100 bezeichnet. Mittels des Lasersystems 100 lässt sich mindestens ein Ausgangslaserstrahl 102 bereitstellen, welcher beispielsweise zur Laserbearbeitung eines Werkstücks 104 vorgesehen ist.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 umfasst das Lasersystem 100 eine Laserstrahlquelle 106, mittels welcher mehrere kohärente Laserstrahlen 108 bereitgestellt werden. Beispielsweise wird hierzu zunächst mittels der Laserstrahlquelle 106 ein kohärenter Eingangslaserstrahl 110 bereitgestellt, welcher dann mittels einer Aufteilungseinrichtung 112 in die mehreren kohärenten Laserstrahlen 108 aufgeteilt wird.

Es ist grundsätzlich auch möglich, dass zur Bereitstellung der kohärenten Laserstrahlen 108 mehrere Laserstrahlquellen 106 vorgesehen sind. Beispielsweise wird dann mittels jeder der Laserstrahlquellen 106 jeweils ein kohärenter Laserstrahl 108 bereitgestellt oder es werden mittels jeder der Laserstrahlquellen 106 jeweils mehrere kohärente Laserstrahlen 108 bereitgestellt.

Die mittels der Laserstrahlquelle 106 bereitgestellten kohärenten Laserstrahlen 108 sind vorzugsweise jeweils gepulste Laserstrahlen und insbesondere Ultrakurzpulslaserstrahlen.

Alle kohärenten Laserstrahlen 108 weisen insbesondere gleiche Eigenschaften auf, wie z.B. die gleiche Wellenlänge und/oder das gleiche Spektrum.

Zur Einstellung einer jeweiligen Phase der kohärenten Laserstrahlen 108 und/oder einer jeweiligen Phasendifferenz zwischen den einzelnen kohärenten Laserstrahlen 108 ist eine Phaseneinstelleinrichtung 114 vorgesehen. Die Phaseneinstelleinrichtung 114 umfasst insbesondere mehrere Phaseneinstellelemente 116, wobei mittels eines bestimmten Phaseneinstellelements 116 die Phase eines zugeordneten kohärenten Laserstrahls 108 einstellbar ist. Beispielsweise ist mehreren oder allen kohärenten Laserstrahlen 102 jeweils ein Phaseneinstellelement 116 zugeordnet.

Im Fall von N kohärenten Laserstrahlen 108 umfasst die Phaseneinstelleinrichtung 114 beispielsweise N-l oder N Phaseneinstellelemente 116.

Insbesondere ist mittels der Phaseneinstelleinrichtung 114 und/oder mittels eines jeweiligen Phaseneinstellelements 116 der Phaseneinstelleinrichtung die Phase eines bestimmten kohärenten Laserstrahls 108 zwischen 0 und 2Pi änderbar. Bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel werden die mittels der Phaseneinstelleinrichtung 114 phasenmanipulierte kohärente Laserstrahlen 108 als manipulierte Laserstrahlen 109 bezeichnet.

Zur Verstärkung der manipulierten Laserstrahlen 109 umfasst das Lasersystem 100 eine Verstärkungseinrichtung 118. Insbesondere weist die Verstärkungseinrichtung 118 mehrere Verstärkungselemente 120 auf, wobei beispielsweise eines der Verstärkungselemente 120 jeweils einem der manipulierten Laserstrahlen 109 zugeordnet ist. Es ist auch möglich, dass mehrere Verstärkungselemente 120 sequentiell demselben kohärenten Laserstrahl 108 zugeordnet sind.

Die Verstärkungseinrichtung 118 und/oder die Verstärkungselemente 120 können beispielsweise als Faserverstärker und/oder Stabverstärker und/oder Slabverstärker und/oder Scheibenverstärker und/oder Multipass-Verstärker ausgebildet sein oder solche umfassen.

Es kann vorgesehen sein, dass die Verstärkungseinrichtung 118 ein oder mehrere Verstärkerketten aufweist. Beispielsweise kann die Verstärkungseinrichtung 118 mehrere Verstärkungselemente 120 umfassen, welche kaskadiert und/oder parallel angeordnet sind.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel werden die manipulierten Laserstrahlen 109, d.h. bei dem gezeigten Beispiel die kohärenten Laserstrahlen mit eingestellten Phasendifferenzen, in die Verstärkungseinrichtung 118 bzw. in die jeweiligen Verstärkungselemente 120 der Verstärkungseinrichtung 118 eingekoppelt.

Die manipulierten Laserstrahlen 109, welche mittels der Verstärkungseinrichtung 118 verstärkt wurden, werden nachfolgend als verstärkte Laserstrahlen 122 bezeichnet.

Bei dem in Fig. 1 gezeigten Beispiel entspricht eine Anzahl der in die Phaseneinstelleinrichtung 114 eingekoppelten kohärenten Laserstrahlen 108 einer Anzahl der manipulierten Laserstrahlen 109 und/oder der verstärkten kohärenten Laserstrahlen 122. Bei einer Ausführungsform ist es vorgesehen, dass der mindestens eine Ausgangslaserstrahl 102 basierend auf den verstärkten Laserstrahlen 122 ausgebildet wird. Beispielsweise wird der mindestens eine Ausgangslaserstrahl 102 durch Kombination der verstärkten Laserstrahlen 122 ausgebildet.

Zur Kombination der verstärkten Laserstrahlen 122 zu dem mindestens einen Ausgangslaserstrahl 102 kann eine Kombinationseinrichtung 124 vorgesehen sein. Mittels der Kombinationseinrichtung 124 wird der mindestens eine Ausgangslaserstrahl 102 durch Kombination der verstärkten Laserstrahlen 122 ausgebildet.

Beispielsweise werden aus der Verstärkungseinrichtung 118 ausgekoppelte verstärkte Laserstrahlen 122 in die Kombinationseinrichtung 124 eingekoppelt.

Beispielsweise kann die Kombinationseinrichtung 124 ein diffraktives optisches Element und/oder eine Gitterstruktur und/oder ein Mikrolinsen-Array umfassen.

Es ist grundsätzlich auch möglich, dass die Kombination der verstärkten Laserstrahlen 122 ohne Kombinationseinrichtung 124 erfolgt. Beispielsweise wird dann der mindestens eine Ausgangslaserstrahl 102 durch Überlagerung der verstärkten Laserstrahlen 122 im Fernfeld ausgebildet.

Hinsichtlich der technischen Details zur Kombination kohärenter Laserstrahlen wird auf die wissenschaftlichen Veröffentlichungen "Coherent combination of ultrafast fiber amplifiers", Hanna, et al, Journal of Physics B: Atomic, Molecular and Optical Physics 49(6) (2016), 062004; "Performance scaling of laser amplifiers via coherent combination of ultrashort pulses", Klenke, Mensch und Buch Verlag; "Coherent beam combining with an ultrafast multicore Yb-doped fiber amplifier", Ramirez, et al., Optics Express 23(5), (2015), 5406-5416; und "Highly scalable femtosecond coherent beam combining demonstrated with 19 fibers", Le Dortz, et al., Optics Letters 42(10), (2017), 1887-1890, verwiesen.

Ferner wird hinsichtlich der technischen Details zur Kombination von kohärenten Laserstrahlen mittels diffraktiven optischen Elementen wird auf die wissenschaftlichen Veröffentlichungen "Coherent combination of ultrashort pulse beams using two diffractive optics", Zhou et al., Opt. Lett. 42, 4422-4425 (2017) und "Diffractive-optics-based beam combination of a phase-locked fiber laser array", Cheung et al., Opt. Lett. 33, 354-356 (2008) verwiesen und zur Kombination von kohärenten Laserstrahlen mittels einem oder mehreren Mikrolinsen-Arrays auf die WO 2020/016336 Al und DE 10 2020 201 161 Al.

Bei einer Variante kann es vorgesehen sein, dass bereits die manipulierten Laserstrahlen 109 kombiniert werden, um mindestens einen kombinierten manipulierten Laserstrahl bereitzustellen (nicht gezeigt), welcher dann in die Verstärkungseinrichtung 118 eingekoppelt wird. In diesem Fall ist die Kombinationseinrichtung 124 (falls vorhanden) beispielsweise zwischen der Phaseneinstelleinrichtung 114 und der Verstärkungseinrichtung 118 angeordnet.

Es ist vorgesehen, dass zumindest ein Abschnitt 126 des Lasersystems 100 als Photonic Integrated Circuit (PIC) ausgeführt ist. In diesem Fall sind, vergleichbar mit integrierten Schaltkreisen, optische Komponenten und/oder Strahlführungskomponenten auf einem Substrat angeordnet, wie beispielsweise einem Lithium-Niobate-on-Insulator-Substrat.

Der mindestens eine als PIC ausgebildete Abschnitt 126 ist eingerichtet, um die kohärenten Laserstrahlen 108 zu manipulieren, was beispielsweise deren Phasenlage zueinander und eine Anpassung von Eigenschaften von Laserpulsen der kohärenten Laserstrahlen 108 umfassen kann. Die aus dem mindestens einen als PIC ausgebildeten Abschnitt ausgekoppelten Strahlen sind die manipulierten Strahlen 109.

Hinsichtlich der Realisierung und Eigenschaften von optischen Komponenten und/oder Strahlführungskomponenten als PIC wird auf die wissenschaftlichen Veröffentlichungen "Direct and Sensitive Phase Readout for Integrated Waveguide Sensors" von R. Halir et al., IEEE Photonics Journal, Volume 5, Number 4, August 2013, DOI: 10.1109/JPHOT.2013.2276747, und "Optical phased array beam steering in the mid-infrared on an InP-based platform" von M. Jason et al., Optica 7.11 (2020): 1544-1547, verwiesen. Insbesondere ist der mindestens eine als PIC ausgeführte Abschnitt 126 des Lasersystems 100 in Dünnschichttechnologie hergestellt und/oder lithographisch geätzt. Vorzugsweise ist der Abschnitt 126 in Planartechnologie aufgebaut und/oder weist Wellenleiterelemente 128 mit planarer Struktur auf, wie beispielsweise in Fig. 2 gezeigt.

Vorzugsweise ist der mindestens eine als PIC ausgeführte Abschnitt 126 aus einem elektro-optisch aktiven Material, wie z.B. Lithium-Niobate, und/oder einem plasmonischen Material ausgebildet.

Fig. 2 zeigt beispielhaft ein in Planartechnologie hergestelltes Wellenleiterelement 128 eines als PIC ausgeführten Abschnitts 126 des Lasersystems 100, wobei das Wellenleiterelement 128 auf einem Substrat 130 angeordnet und/oder ausgebildet ist. Das in Planartechnologie aufgebaute Wellenleiterelement 128 weist ebene Begrenzungsflächen 132 auf. Die Begrenzungsflächen 132 des Wellenleiterelements 128 liegen insbesondere jeweils in einer Ebene und/oder sind ungekrümmt. Insbesondere liegt an den Begrenzungsflächen 132 jeweils ein sprunghafter Brechungsindexübergang vor.

Das Wellenleiterelement 128 weist einen Durchmesser D von beispielsweise ca. 300 nm bis 800 nm auf.

Entsprechende als PIC ausgeführte Wellenleiterelemente sind beispielsweise aus der wissenschaftlichen Veröffentlichung Wang, Cheng, et al. "Integrated lithium niobate electro-optic modulators operating at CMOS-compatible voltages." Nature 562.7725 (2018): 101-104, bekannt.

Das Beispiel gemäß Fig. 2 zeigt ein als PIC realisiertes Phaseneinstellelement 116 der Phaseneinstelleinrichtung 114. Zu dem Wellenleiterelement 128 beabstandet angeordnet sind Elektroden 134, welche ein elektrisches Feld erzeugen, wobei eine Verteilung einer Feldstärke des elektrischen Felds durch die Graustufenskala in Fig. 2 dargestellt ist. Hellere Graustufenwerte stehen für größere Feldstärken. Durch Variation der Feldstärke des elektrischen Felds lässt sich eine Phasenverschiebung eines durch das Wellenleiterelement 128 geführten kohärenten Laserstrahls 108 einstellen. Wie beispielsweise in Fig. 3 gezeigt, umfasst der als PIC ausgeführte Abschnitt 126 des Lasersystems 100 mindestens ein auf dem Substrat 130 angeordnetes und/oder ausgebildetes Wellenleiterelement 128 zur Strahlführung des mindestens einen kohärenten Laserstrahls 108. Eine Haupt-Propagationsrichtung 136 des durch das Wellenleiterelement 128 geführten kohärenten Laserstrahls 108 ist durch den Pfeil angedeutet.

Unter der Haupt-Propagationsrichtung 136 ist insbesondere eine Haupt- Propagationsrichtung von durch das Lasersystem 100 geführten Laserstrahlen zu verstehen. Beispielsweise ist unter der Haupt-Propagationsrichtung 136 eine Haupt-Propagationsrichtung des kohärenten Eingangslaserstrahls 110 und/oder der kohärenten Laserstrahlen 108 und/oder der verstärkten Laserstrahlen 122 und/oder des Ausgangslaserstrahls 102 zu verstehen.

Das Wellenleiterelement 128 kann grundsätzlich mit beliebigen Geometrien und/oder Verläufen ausgebildet werden. Bei dem in Fig. 3 gezeigten Beispiel ist das Wellenleiterelement 128 als Verzögerungselement 137 und/oder Delay-Line ausgebildet.

Das Verzögerungselement 137 ist zur zeitlichen Verzögerung eines durch dieses durchgeführten Eingangslaserstrahls 139 gegenüber eines Referenz-Laserstrahls 139', welcher insbesondere das Verzögerungselement 137 nicht durchläuft, ausgebildet. Beispielsweise wird mittels des Verzögerungselements 137 eine von dem Eingangslaserstrahl 139 zurückgelegte Wegstrecke gegenüber der zurückgelegten Wegstrecke des Referenz- Laserstrahls 139' vergrößert. Es ergibt sich hieraus ein zeitlicher Versatz zwischen dem Eingangslaserstrahl 139 und dem Referenz- Laserstrahl 139'. Der Eingangslaserstrahl 139 und/oder der Referenz- Laserstrahl 139' können beispielsweise jeweils einer der vorhandenen kohärenten Laserstrahlen 108 sein.

Wie beispielsweise in den Fig. 4a bzw. 4b gezeigt, kann der als PIC ausgeführte Abschnitt 126 ein Splitterelement 138 (Fig. 4a) und/oder ein Kombinationselement 140 (Fig. 4b) aufweisen. Mittels des Splitterelements 138 wird ein Eingangslaserstrahl 142 in zwei oder mehr Ausgangslaserstrahlen 144 aufgeteilt, wobei der Eingangslaserstrahl 142 und die Ausgangslaserstrahlen 144 beispielsweise jeweils in den Wellenleiterelementen 128 geführt werden. Der Eingangslaserstrahl 136 kann beispielsweise einer der vorhandenen kohärenten Laserstrahlen 108 sein.

Mittels des Kombinationselements 140 werden zwei oder mehr Eingangslaserstrahlen 146 zu einem Ausgangslaserstrahl 148 kombiniert. Die Eingangslaserstrahlen 146 können beispielsweise zwei der vorhandenen kohärenten Laserstrahlen 108 sein.

Insbesondere sind das Splitterelement 138 und/oder das Kombinationselement 140 jeweils als Multi-Mode-Interferenz-Koppler (MMI-Koppler) ausgeführt. MMI- Koppler sind beispielsweise aus der wissenschaftlichen Veröffentlichung Zou, Zhi, et al. "60-nm-thick basic photonic components and Bragg gratings on the silicon- on-insulator platform." Optics express 23.16 (2015): 20784-20795, bekannt.

Ferner können das Splitterelement 138 und/oder das Kombinationselement 140 jeweils als Y-Koppler ausgeführt werden. Geeignete Y-Koppler sind beispielsweise aus der wissenschaftlichen Veröffentlichung Lin, Zhongjin, and Wei Shi "Broadband, low-loss silicon photonic Y-junction with an arbitrary power splitting ratio." Optics express 27.10 (2019): 14338-14343, bekannt.

Das Splitterelement 138 und das Kombinationselement 140 gehören der Klasse der Kopplungselemente - auch als Interconnectelemente bezeichnet - an. Es versteht sich, dass sich auf dem PIC grundsätzlich verschiedenartige NxM-Kopplungselemente ausführen lassen, um N Eingangslaserstrahlen in M Ausgangslaserstrahlen mit einer definierten Transferfunktion zu überführen.

Der als PIC ausgeführte Abschnitt 126 des Lasersystems 100 umfasst zumindest die Phaseneinstelleinrichtung 114, d.h. zumindest die Phaseneinstelleinrichtung 114 des Lasersystems 100 ist vorliegend als PIC ausgeführt. Es ist vorgesehen, dass die der Phaseneinstelleinrichtung 114 zugeordneten Phaseneinstellelemente 116 als PIC ausgebildet sind bzw. auf dem mindestens einen als PIC ausgeführten Abschnitt 126 des Lasersystems 100 ausgebildet sind. Beispielsweise ist das Phaseneinstellelement 116 wie in Fig. 2 dargestellt ausgeführt.

In Fig. 5 ist eines der auf dem PIC ausgebildeten Phaseneinstellelemente 116 schematisch gezeigt. Mittels der Wellenleiterelemente 128 wird der kohärente Laserstrahl 108 durch das Phaseneinstellelement 116 durchgeführt.

Es kann vorgesehen sein, dass der Abschnitt 126 ein Einkopplungselement 150 zur Einkopplung eines Laserstrahls, beispielsweise eines kohärenten Laserstrahls 108, in ein an dem Abschnitt 126 angeordnetes Wellenleiterelement 128 aufweist (Fig. 6a) und/oder ein Auskopplungselement 152 zur Auskopplung eines Laserstrahls, beispielsweise eines manipulierten Laserstrahls 109, aus einem an dem Abschnitt angeordneten Wellenleiterelement 128 aufweist (Fig. 6b).

Mittels des Einkopplungselements 150 bzw. des Auskopplungselements 152 lässt sich insbesondere ein fasergeführter und/oder ein in einer Lichtleitfaser geführter kohärenter Laserstrahl 108 in das Wellenleiterelement 128 einkoppeln bzw. aus diesem auskoppeln. Beispielsweise lässt sich mittels des Einkopplungselements 150 bzw. des Auskopplungselements 152 die Lichtleitfaser an das Wellenleiterelement 128 so ankoppeln, dass eine Einkopplung des kohärenten Laserstrahls 108 aus der Lichtleitfaser in das Wellenleiterelement 128 bzw. eine Auskopplung des kohärenten Laserstrahls 108 aus dem Wellenleiterelement 128 in die Lichtleitfaser erfolgen kann.

Vorzugsweise sind das Einkopplungselement 150 und/oder das Auskopplungselement 152 jeweils als Gitterkoppler ausgeführt. Es ist auch möglich, dass die Lichtleitfaser 128 mittels des Einkopplungselements 150 bzw. des Auskopplungselements 152 mittels Photonic Wire Bond an die Lichtleitfaser angekoppelt ist.

Die genannten Gitterkoppler sind beispielsweise aus Cheng, Lirong, et al. "Grating couplers on silicon photonics: Design principles, emerging trends and practical issues." Micromachines 11.7 (2020): 666, bekannt. Die genannten Photonic Wire Bonds sind beispielsweise aus Lindenmann, Nicole, et al. "Connecting silicon photonic circuits to multicore fibers by photonic wire bonding." Journal of lightwave Technology 33.4 (2014): 755-760, bekannt.

Es kann vorgesehen sein, dass der Abschnitt 126 ein spektrales Filterelement 154 aufweist. Bei einer Ausführungsform umfasst das spektrale Filterelement 154 ein auf dem PIC ausgebildetes Ringresonatorelement 156 (Fig. 7a). Das Ringresonatorelement 156 ist beispielsweise ein Disk-Resonator und/oder ein Torioid-Resonator.

Mittels des spektralen Filterelements 154 wird ein Eingangslaserstrahl 158, welcher beispielsweise einer der kohärenten Laserstrahlen 108 sein kann, spektral gefiltert. Der Eingangslaserstrahls 158 wird mittels des spektralen Filterelements 154 und/oder des Ringresonatorelements spektral gefiltert und an einem Ausgang des spektralen Filterelements 154 als spektral gefilterter Ausgangslaserstrahl 160 ausgekoppelt.

Es kann vorgesehen sein, dass durch das spektrale Filterelement 154 nicht in den Ausgangslaserstrahl 160 transmittierte spektrale Komponenten des Eingangslaserstrahls 158 in dem Ringresonatorelement 156 absorbiert und/oder reflektiert und/oder gestreut werden.

Es kann vorgesehen sein, dass das spektrale Filterelement 154 einen weiteren Ausgang zur Auskopplung eines weiteren Ausgangslaserstrahls 162 aufweist, wobei der weitere Ausgangslaserstrahl 162 die aus dem Eingangslaserstrahl 158 herausgefilterten spektralen Komponenten aufweist und/oder die nicht in den Ausgangslaserstrahl 160 transmittierten spektralen Komponenten des Eingangslaserstrahls 158. Beispielsweise enthält der weitere Ausgangslaserstrahl 162 die in dem Ringresonatorelement 156 reflektierten spektralen Komponenten des Eingangslaserstrahls 158.

Bei einer weiteren Ausführungsform umfasst das spektrale Filterelement 154 ein auf dem PIC ausgeführtes Gitterelement 164 und insbesondere Bragg-Gitter (Fig. 7b) oder einen photonischen Kristall. Mittels des Gitterelements 164 erfolgt eine spektrale Filterung des Eingangslaserstrahls 158. Der mittels des Gitterelements 164 spektral gefilterte Eingangslaserstrahl 158 wird als Ausgangslaserstrahl 160 ausgekoppelt.

Durch das Vorsehen mehrerer spektraler Filterelemente 154 lässt sich beispielsweise eine spektrale Pulsformung von Laserpulsen durchführen.

Spektrale Filterelemente und Möglichkeiten zur Pulsformung sind beispielsweise aus den wissenschaftlichen Veröffentlichungen Luan, Enxiao, et al. "Silicon photonic biosensors using label-free detection." Sensors 18.10 (2018): 3519, Chen, Chin-Hui, et al. "A WDM silicon photonic transmitter based on carrierinjection microring modulators." 2014 Optical Interconnects Conference. IEEE, 2014, und Weiner, Andrew M. "Ultrafast optical pulse shaping: A tutorial review." Optics Communications 284.15 (2011): 3669-3692, bekannt.

Beispielsweise werden nicht in den Ausgangsstrahl 160 transmittierte spektrale Komponenten des Eingangslaserstrahls 158 mittels des Gitterelements 164 gestreut und/oder aus einem Strahlpfad zur Seite abgelenkt.

Es kann vorgesehen sein, dass die Aufteilungseinrichtung 112 und die Phaseneinstelleinrichtung 114 als PIC ausgeführt sind (Fig. 8). Beispielsweise sind die Aufteilungseinrichtung 112 und die Phaseneinstelleinrichtung 114 auf demselben als PIC ausgeführten Abschnitt 126 ausgebildet.

Bei dem in Fig. 8 gezeigten Beispiel wird der kohärente Eingangslaserstrahl 110 mittels eines Einkopplungselements 150 in ein auf dem Abschnitt 126 ausgeführtes Wellenleiterelement 128 eingekoppelt. Der kohärente Eingangslaserstrahl 110 wird dann in mehrere kohärente Laserstrahlen 108 aufgeteilt, wobei hierzu beispielsweise ein oder mehrere Splitterelemente 138 vorgesehen sein können. Beispielsweise sind mehrere Splitterelemente 138 kaskadiert angeordnet, um den kohärenten Eingangslaserstrahl 110 mehrfach aufzuteilen. Bei dem in Fig. 8 gezeigten Beispiel wird der kohärente Eingangslaserstrahl 110 in vier kohärente Laserstrahlen 108 aufgeteilt. Zur Einstellung einer jeweiligen Phase der kohärenten Laserstrahlen 108 ist jedem der kohärenten Laserstrahlen 108 ein Phaseneinstellelement 116 der Phaseneinstelleinrichtung 114 zugeordnet.

Das Lasersystem 100 kann grundsätzlich mehrere unterschiedliche und/oder aneinander angrenzende als PIC ausgeführte Abschnitte 126 aufweisen. Bei dem in Fig. 8 gezeigten Beispiel sind drei unterschiedliche als PIC ausgebildete Abschnitte 126 vorgesehen, wobei das Einkopplungselement 150 auf einem ersten als PIC ausgeführten Abschnitt 126a angeordnet ist, die Aufteilungseinrichtung 112 auf einem zweiten als PIC ausgeführten Abschnitt 126b angeordnet ist und die Phaseneinstelleinrichtung 114 auf einem dritten als PIC ausgeführten Abschnitt 126c angeordnet ist.

Es kann vorgesehen sein, dass die unterschiedlichen Abschnitte 126a, 126b und 126c jeweils aus unterschiedlichen Materialien ausgebildet sind.

Bei dem in Fig. 9a gezeigten Beispiel ist ein Mach-Zehnder-Interferometer- Element 165 als PIC ausgeführt. Ein Eingangslaserstrahl 166, welcher beispielsweise einer der vorhandenen kohärenten Laserstrahlen 108 sein kann, wird mittels eines Splitterelements 138 in zwei Teilstrahlen 168a und 168b aufgeteilt, wobei eine Phase von zumindest einem dieser Teilstrahlen 168a, 168b mittels eines jeweils zugeordneten Phaseneinstellelements 116 einstellbar ist (bei dem gezeigten Beispiel die Phase des Teilstrahls 168a). Die Teilstrahlen 168a, 168b werden anschließend mittels eines 2x2-Kopplungselements (angedeutet durch eine Kombination eines Kombinationselements 138 und eines Splitterelements 138) in die Ausgangslaserstrahlen 170a und 170b aufgeteilt.

In dem genannten Kombinationselement 140 und dem weiteren Splitterelement 138 werden die Teilstrahlen 168a und 168b gemischt und interferieren dort. Durch Einstellung einer Phasendifferenz zwischen den Teilstrahlen 168a, 168b mittels des Phaseneinstellelements 116 lässt sich ein Intensitätsverhältnis der Ausgangsstrahlen 170a, 170b zueinander einstellen. Beispielsweise ist dadurch mittels des Mach-Zehnder-Interferometer-Elements 165 ein variabler Schalter realisiert. Verschiedene technische Realisierungen von Mach-Zehner-Interferometern und variablen Schaltern sind beispielsweise aus der wissenschaftlichen Veröffentlichung Duan, Fei, et al. "Low-power and high-speed 2x 2 thermo-optic MMI-MZI switch with suspended phase arms and heater-on-slab structure." Optics Letters 46.2 (2021): 234-237, bekannt.

Mittels des Mach-Zehnder-Interferometer-Elements 165 lässt sich beispielsweise ein Burst-Erzeugungselement 171 realisieren. Beispielsweise wird hierzu der Ausgangsstrahl 170a gegenüber des Ausgangsstrahls 170b mittels eines Verzögerungselements 137 zeitlich verzögert (Fig. 9b). Anschließend werden die Ausgangsstrahlen 170a, 170b zu einem kombinierten Ausgangsstrahl 170' kombiniert.

Dieser Ausgangsstrahl 170' umfasst beispielsweise zwei zeitversetzte Laserpulse ("2er-Burst"), deren Amplitudenverhältnis zueinander mittels des Mach-Zehnder- Interferometer-Elements 165 einstellbar ist, beispielsweise durch Variation der Phasendifferenz zwischen den Teilstrahlen 168a und 168b mittels des Phaseneinstellelements 116.

Bei dem in Fig. 10 gezeigten Beispiel ist ein variables Verzögerungselement 137' als PIC realisiert. Dieses weist grundsätzlich dieselbe Funktionsweise auf wie das vorstehend beschriebene Verzögerungselement 137, umfasst allerdings zusätzlich ein oder mehrere Phaseneinstellelemente 116, welche beispielsweise aufeinanderfolgend und/oder kaskadiert von dem durch das variable Verzögerungselement geführten Eingangslaserstrahl 139 durchlaufen werden. Mittels dieser Phaseneinstellelemente 116 lässt sich eine durch das variable Verzögerungselement bewirkte Verzögerung des Eingangslaserstrahls 139 gegenüber des Referenz-Laserstrahls 139' einstellen.

Bei einer Ausführungsform kann das Lasersystem eine optische Isolatoreinrichtung 172 aufweisen, welche ausgebildet ist, ein Eindringen von rücklaufenden Laserstrahlen 109' in den als PIC ausgeführten Abschnitt 126 und/oder in die Phaseneinstelleinrichtung 114 zu vermeiden, wobei die rücklaufenden Laserstrahlen von der Verstärkungseinrichtung 118 in Richtung der Phaseneinstelleinrichtung 114 und/oder des Abschnitts 126 propagieren (angedeutet in Fig. 1). Die rücklaufenden Laserstrahlen 109' sind insbesondere entgegen und/oder antiparallel zur Haupt-Propagationsrichtung 136 orientiert.

Im Betrieb des Lasersystems 100 können rücklaufende Laserstrahlen 109' beispielsweise durch Streuung und/oder Reflektion der manipulierten Laserstrahlen 109 an der Verstärkungseinrichtung 118 bzw. des Ausgangslaserstrahls 102 an dem Werkstück 104 entstehen.

Beispielsweise weist die optische Isolatoreinrichtung 172 ein oder mehrere optische Isolatorelemente 173 auf. Bevorzugt sind ein oder mehrere optische Isolatorelemente 173 bezüglich der Haupt-Propagationsrichtung 136 zwischen der Phaseneinstelleinrichtung 114 und/oder dem als PIC ausgeführten Abschnitt 126 und der Verstärkungseinrichtung 118 angeordnet. Diese optischen Isolatorelemente 173 sind beispielsweise den zwischen der Phaseneinstelleinrichtung 114 und der Verstärkungseinrichtung 118 geführten manipulierten Laserstrahlen 109 zugeordnet.

Beispielsweise kann die optische Isolatoreinrichtung 172 als Multikanalisolator mit mehreren optischen Isolatorelementen 173 ausgebildet sein oder einen solchen umfassen.

Die optische Isolatoreinrichtung 172 und/oder die optischen Isolatorelemente 173 können beispielsweise auf Faraday-Rotator-Basis ausgeführt sein.

Hinsichtlich möglicher technischer Realisierungen der optischen Isolatoreinrichtung 172 und/oder der optischen Isolatorelemente 173 wird auf das Lehrbuch "Fundamentals of Photonics"; Saleh, B. E., & Teich, M.; John Wiley & Sons, Inc, verwiesen.

Bei einer Ausführungsform kann das Lasersystem 100 mindestens ein Sensorelement 174 aufweisen, welches beispielsweise dem als PIC ausgeführten Abschnitt 126 zugeordnet ist und/oder auf dem als PIC ausgeführten Abschnitt 126 angeordnet ist. Das Sensorelement 174 kann beispielsweise ein Temperatursensorelement und/oder ein Temperatursensor sein, mittels welchem eine Temperatur des zugeordneten als PIC ausgeführten Abschnitts 126 messbar ist. Weiter kann das Sensorelement 174 beispielsweise ein Phasenmesselement sein, mittels welchem eine Phasendifferenz zwischen zwei bestimmten der vorhandenen kohärenten Laserstrahlen 108 messbar ist.

Bei einer Ausführungsform kann das Lasersystem 100 ein Kühlelement 176 aufweisen, welches dem als PIC ausgebildeten Abschnitt 126 zugeordnet ist und mittels welchem der Abschnitt 126 kühlbar ist. Das Kühlelement 176 kann beispielsweise als Peltierelement ausgebildet sein oder ein Peltierelement umfassen.

Beispielsweise können ein oder mehrere Kühlelemente 176 an einem bestimmten als PIC ausgeführten Abschnitt 126 angeordnet sein (angedeutet in Fig. 1).

Das Lasersystem 100 funktioniert wie folgt:

Der kohärente Eingangslaserstrahl 110 wird mittels der Laserstrahlquelle 106 bereitgestellt und in die Aufteilungseinrichtung 112 eingekoppelt. Durch Aufteilung des kohärenten Eingangslaserstrahls 110 mittels der Aufteilungseinrichtung 112 werden mehrere kohärente Laserstrahlen 108 ausgebildet.

Die ausgebildeten kohärenten Laserstrahlen 108 werden in die Phaseneinstelleinrichtung 114 eingekoppelt, um gewünschten Phasendifferenzen zwischen den einzelnen kohärenten Laserstrahlen 108 einzustellen.

Die aus der Phaseneinstelleinrichtung 114 ausgekoppelten manipulierten Laserstrahlen 109 werden zur Verstärkung in die Verstärkungseinrichtung 118 eingekoppelt, wobei die manipulierten Laserstrahlen 109 nach erfolgter Verstärkung als verstärkte Laserstrahlen 122 aus der Verstärkungseinrichtung 118 ausgekoppelt werden. Durch Kombination der verstärkten Laserstrahlen 122 werden anschließend ein oder mehrere Ausgangslaserstrahlen 102 ausgebildet, wobei die Kombination insbesondere mittels der Kombinationseinrichtung 124 durchgeführt wird.

Bei dem Lasersystem 100 ist zumindest die Phaseneinstelleinrichtung 114 auf dem als PIC ausgeführten Abschnitt 126 ausgebildet. Mittels den vorstehend beschriebenen Elementen 116, 137, 138, 140, 150, 152, 154 und/oder durch geeignete Kombination dieser Elemente lassen sich eine Vielzahl von Funktionen auf realisieren, welche auf einem oder mehreren als PIC ausgeführten Abschnitten 126 des Lasersystems 100 realisiert sein können. Beispielsweise können eine Burstfunktion (vgl. Burst-Erzeugungselement 171), eine variable Phasenmodulation von Laserpulsen der kohärenten Laserstrahlen 108 (vgl. Phaseneinstellelement 116), eine Amplitudenmodulation von Laserpulsen der kohärenten Laserstrahlen 108 (vgl. Mach-Zehnder-Interferometer-Element 165) eine Funktion zur spektralen Pulsformung von Laserpulsen der kohärenten Laserstrahlen 108 (vgl. spektrales Filterelement 154) sowie Funktionen zur Kontrolle von spektralen Phasen und/oder spektraler Dispersion von Laserpulsen der kohärenten Laserstrahlen 108 realisiert sein.

Es kann vorgesehen sein, dass mittels vorhandener Sensorelemente 174 bestimmte Elemente und/oder Funktionen des Lasersystems 100 überwacht werden. Beispielsweise können als Phasenmesselemente ausgebildete Sensorelemente 174 vorgesehen sein, um jeweilige Ist- Phasendifferenzwerte zwischen den kohärenten Laserstrahlen 108 bzw. manipulierten Laserstrahlen 109 vor bzw. nach der Phaseneinstelleinrichtung 114 zu messen. Weiter kann dann beispielsweise eine Steuerungseinrichtung (nicht gezeigt) vorgesehen sein, welche auf Grundlage der mittels den Sensorelementen 174 ermittelten Ist- Phasendifferenzwerte die Phasendifferenzen zwischen diesen Laserstrahlen auf vorgegebene Soll-Phasendifferenzwerte regelt.

Ferner können beispielsweise als Temperatursensorelemente ausgebildete Sensorelemente 174 vorgesehen sein, mittels welchen sich beispielsweise eine Temperatur des Lasersystems 100 und insbesondere des als PIC ausgeführten Abschnitts 126 überwachen und insbesondere regeln lässt. Dies kann beispielsweise ebenfalls mittels einer Steuerungseinrichtung (nicht gezeigt) erfolgen.

Mittels des Kühlelements 176 kann im Betrieb des Lasersystems 100 eine Kühlung des als PIC ausgeführten Abschnitts 126 erfolgen. Weiter kann das Kühlelement 176 beispielsweise in Verbindung mit dem genannten Temperatursensorelement und der Steuerungseinrichtung zur Regelung der Temperatur des als PIC ausgeführten Abschnitts 126 eingesetzt werden.

Bezugszeichenliste

D Durchmesser

100 Lasersystem

102 Ausgangslaserstrahl

104 Werkstück

106 Laserstrahlquelle

108 kohärenter Laserstrahl

109 manipulierter Laserstrahl

109’ rücklaufender kohärenter Laserstrahl

110 kohärenter Eingangslaserstrahl

112 Aufteilungseinrichtung

114 Phaseneinstelleinrichtung

116 Phaseneinstellelement

118 Verstärkungseinrichtung

120 Verstärkungselement

122 verstärkte Laserstrahlen

124 Kombinationseinrichtung

126 Abschnitt

126a erster Abschnitt

126b zweiter Abschnitt

126c dritter Abschnitt

128 Wellenleiterelement

130 Substrat

132 Begrenzungsfläche

134 Elektrode

136 Haupt- Propagationsrichtung

137 Verzögerungselement

137’ variables Verzögerungselement

138 Splitterelement

139 Eingangslaserstrahl

139’ Ref e re n z - La se rst ra h I

140 Kombinationselement

142 Eingangslaserstrahl

144 Ausgangslaserstrahl Eingangslaserstrahl Ausgangslaserstrahl Einkopplungselement Auskopplungselement spektrales Filterelement Ringresonatorelement Eingangslaserstrahl Ausgangslaserstrahl weiterer Ausgangslaserstrahl Gitterelement

Mach-Zehnder-Interferometer- Element Eingangslaserstrahl a, b Teilstrahl a, b Ausgangslaserstrahl ’ Ausgangslaserstrahl Burst- Erzeugungselement optische Isolatoreinrichtung optische Isolatorelement Sensorelement

Kühlelement