VON GEPULSTER LASERSTRAHLUNG

Die vorliegende Erfindung betrifft optische Systeme zur Kontrasterhöhung von gepulster La serstrahlung sowie Lasersysteme, insbesondere Ultrakurzpuls (UKP)-Lasersysteme zur Ab gabe von gepulster Laserstrahlung mit hoher Leistung und/oder hoher Pulsenergie. Ferner be trifft die Erfindung ein Verfahren zur Kontrasterhöhung von gepulster Laserstrahlung, insbe sondere von Ultrakurzpulsfolgen.

Bei der Verwendung von gepulster Laserstrahlung ist der Kontrast zwischen Primärlaserpul sen mit einer hohen Spitzenintensität und dem Untergrund ein wesentlicher Parameter. Übli cherweise besteht die Laserstrahlung, die den Untergrund bildet, aus einem auf ASE zurück gehenden Strahlungspodest und/oder aus Laserpulsen, die zeitlich vor oder nach den Primärla serpulsen eintreffen und deren Spitzenintensität wesentlich niedriger ist als die Spitzenintensi tät der Primärlaserpulse.

Um eine Wechselwirkung des Untergrunds beispielsweise bei einem Experiment oder bei ei ner Materialbearbeitung zu reduzieren, wird üblicherweise eine Kontrasterhöhung durchge führt. Ziel ist es dabei, den ASE-Untergrund und die Vor- und Nachlaserpulse aus der gepuls ten Laserstrahlung weitgehend zu entfernen und so den Intensitätsbeitrag für die Wechselwir kung weitgehend auf die Primärlaserpulse zu beschränken.

Aus dem Stand der Technik sind Verfahren zur Kontrastverbesserung bekannt, bei denen ein Laserstrahl in einer mit Gas gefüllten Hohlkemfaser (HCF hollow core fiber) geführt wird, um beispielsweise eine Rotation einer elliptischen Polarisation aufgrund nichtlinearer Effekte zu bewirken. Dies ist als Nonlinear Elliptical polarization Rotation (auch Nonlinear Ellipse Rota tion, NER) bekannt. In der HCF erfolgt neben der NER eine nichtlineare spektrale Verbreite rung der intensiven Laserpulse. Insbesondere kann eine konstante Gasbedingung entlang der HCF vorgesehen werden. Alternativ kann durch differentielles Pumpen die Gasdichte entlang der Faser abnehmen, um die Entstehung von ungewünschten nichtlinearen Effekten oder Ioni sation zu vermeiden. Die Verwendung von NER in Verbindung mit einem HCF wird zum Beispiel offenbart in “Generation of high-fidelity few-cycle pulses via nonlinear ellipse rota- tion in stretched hollow-fiber compressor" von N. Khodakovskij, CLEO 2018, OSA 2018. Ferner wird in “Contrast improvement of sub-4 fs laser pulses using nonlinear elliptical polarization rotation” von N. Smijesh et al., Optics Letters, Vol. 44, Nr. 16, August 15, 2019, NER zur Verbesserung des Kontrasts von sub-4 fs Laserpulsen unter Verwendung einer mit Argongas gefüllten HCF verwendet.

Des Weiteren offenbart DE 102014007159 Al ein Verfahren zur spektralen Verbreiterung von Laserpulsen für die nichtlineare Pulskompression unter Verwendung einer Multipass- Zelle, die beispielsweise in Form einer so genannten Herriott-Zelle aufgebaut ist. Ziel ist dabei eine spektrale Verbreiterung von Laserpulsen, die auch bei einer Pulsleistung durchgeführt werden kann, die größer ist als die kritische Leistung des für die spektrale Verbreiterung ein gesetzten nichtlinearen Mediums.

Eine Aufgabe der Erfindung liegt darin, Systeme und Verfahren vorzuschlagen, die auch und insbesondere bei hohen Pulsenergien und hohen mittleren Leistungen für eine Kontrasterhö hung von gepulster Laserstrahlung, beispielsweise von Ultrakurzpulsfolgen eingesetzt werden können. Insbesondere sollen dabei nichtlineare Effekte zur Beeinflussung der Polarisation von Laserpulsen und deren Ausbreitung genutzt werden.

Zumindest eine dieser Aufgaben wird gelöst durch ein optisches System zur Kontrasterhöhung von gepulster Laserstrahlung nach Anspruch 1, ein Lasersystem nach Anspruch 12 und ein Verfahren zur Kontrasterhöhung gepulster Laserstrahlung nach Anspruch 14. Weiterbildungen sind in den Unteransprüchen angegeben.

In einem Aspekt weist ein optisches System zur Kontrasterhöhung von gepulster Laserstrah lung unter Verwendung einer nichtlinearen elliptischen Polarisationsrotation auf:

- eine erste Polarisationseinstelloptik zum Einstellen eines elliptischen Polarisationszustands der gepulsten Laserstrahlung,

- eine Mehrfachdurchgangszelle mit zwei gegenüberliegenden Spiegeln, die insbesondere ei nen konzentrischen oder konfokalen Resonator ausbilden, wobei die Mehrfachdurchgangs zelle, insbesondere der Resonator mehrfach, unter Ausbildung von einer Mehrzahl von Zwi schenfokuszonen von der gepulsten Laserstrahlung durchlaufen wird, wobei die Mehrfach durchgangszelle mit einem Gas gefüllt ist, das eine optische Nichtlinearität aufweist, die eine intensitätsabhängige Rotation einer Ausrichtung des elliptischen Polarisationszustands der ge pulsten Laserstrahlung bewirkt, sodass die Mehrfachdurchgangszelle aufgrund der intensitätsabhängigen Rotation Strahlanteile mit unterschiedlich ausgerichteten elliptischen Polarisationszuständen ausgibt, und

- ein optisches Strahlteilungssystem zum Aufteilen der Strahlanteile mit unterschiedlich aus gerichteten elliptischen Polarisationszuständen.

In einem weiteren Aspekt umfasst ein Lasersystem, insbesondere Ultrakurzpuls (UKP)-Laser- system, zur Abgabe von gepulster Laserstrahlung (9)

- eine Laserstrahlungsquelle, die gepulste Laserstrahlung ausgibt, die Primärlaserpulse, insbe sondere mit Pulsenergien Pulsdauem im Bereich von einigen Hundert Femtosekunden und weniger, umfasst,

- optional ein Pulsdauereinstellsystem zum Einstellen der Pulsdauer der Primärlaserpulse,

- mindestens ein wie hierin offenbartes optisches System zur Kontrasterhöhung der gepulsten Laserstrahlung unter Verwendung einer nichtlinearen elliptischen Polarisationsrotation in ei ner Mehrzahl von Zwischenfokuszone einer Mehrfachdurchgangszelle. Optional kann das La sersystem ein optisches Pulsdauer-Kompressorsystem zum Kompensieren eines dispersiven Beitrags des mindestens einen optischen Systems und optional zum zeitlichen Komprimieren der Primärlaserpulse der Laserstrahlung umfassen, falls diese eine nichtlineare spektrale Ver breiterung in mindestens einer der Zwischenfokuszonen erfahren haben.

In einem weiteren Aspekt umfasst ein Verfahren zur Kontrasterhöhung gepulster Laserstrah lung unter Verwendung einer nichtlinearen elliptischen Polarisationsrotation die folgenden Schritte:

- Einstellen eines elliptischen Polarisationszustands der gepulsten Laserstrahlung,

- Einkoppeln der gepulsten Laserstrahlung in eine Mehrfachdurchgangszelle mit zwei Spie geln, die insbesondere einen konzentrischen oder konfokalen Resonator ausbilden, wobei die Mehrfachdurchgangszelle, insbesondere der Resonator mehrfach, unter Ausbildung einer Mehrzahl von Zwischenfokuszonen durchlaufen wird, wobei die Mehrfachdurchgangszelle mit einem Gas gefüllt ist, das eine optische Nichtlinearität aufweist, die eine intensitätsabhän gige Rotation einer Ausrichtung des elliptischen Polarisationszustands der gepulsten Laser strahlung in den Zwischenfokuszonen bewirkt, wodurch Strahlanteile mit unterschiedlich aus gerichteten elliptischen Polarisationszuständen in der Mehrfachdurchgangszelle erzeugt wer den,

- Auskoppeln der Strahlanteile mit unterschiedlich ausgerichteten elliptischen Polarisationen aus der Mehrfachdurchgangszelle und - Separieren der ausgekoppelten Strahlanteile in einen Nutz-Strahlanteil mit Primärlaserpulsen und einen Rest-Strahlanteil mit niederintensiver Laserstrahlung.

In einigen Weiterbildungen des optischen Systems kann für eine Drehung der Ausrichtung ei nes der elliptischen Polarisationszustände, insbesondere zur Einstellung eines Drehwinkels von 90°, mindestens einer der folgenden Parameter des optischen Systems eingestellt oder ein stellbar sein:

- ein Gasdruck in den Zwischenfokuszonen, wobei das optische System als Gas gefüllte Zelle ausgebildet ist und das optische System eine Druckeinstellvorrichtung zur Einstellung des Gasdrucks in der mit dem Gas gefüllten Zelle aufweist, und/oder

- eine in der Mehrfachdurchgangszelle vorliegende Dispersion.

Optional kann ferner mindestens einer der folgenden Parameter des optischen Systems einge stellt oder einstellbar sein:

- eine Elliptizität der eingestellten elliptischen Polarisation der gepulsten Laserstrahlung,

- eine Anzahl von Zwischenfokuszonen in der Mehrfachdurchgangszelle,

- Fokusdurchmesser in den Zwischenfokuszonen und

- Rayleigh-Längen der Zwischenfokuszonen.

In einigen Weiterbildungen umfasst die erste Polarisationseinstelloptik eine erste Wellen platte, optional eine l/4-Wellenplatte und/oder eine l/2-Wellenplatte.

In einigen Weiterbildungen kann das optische System ferner mindestens eine der folgenden optischen Komponenten umfassen:

- ein Pulsdauereinstellsystem zum Einstellen einer Pulsdauer von Primärlaserpulsen der ge pulsten Laserstrahlung,

- eine erste optische Teleskopanordnung, die dazu eingestellt ist, die gepulste Laserstrahlung auf eine vorgegebene Mode in der Mehrfachdurchgangszelle abzubilden und die optional strahlabwärts der ersten Polarisationseinstelloptik angeordnet ist,

- einen Einkoppelspiegel zum Einkoppeln der gepulsten Laserstrahlung in die Mehrfachdurch gangszelle,

- einen Auskoppelspiegel zum Weiterleiten der aus der Mehrfachdurchgangszelle austretenden gepulsten Laserstrahlung und - eine zweite optische Teleskopanordnung, die dazu eingestellt ist, die aus der Mehrfachdurch gangszelle austretende gepulste Laserstrahlung zu kollimieren.

In einigen Weiterbildungen des optischen Systems kann die Mehrfachdurchgangszelle ausge bildet sein:

- mit einer vorbestimmten oder einstellbaren Anzahl von Zwischenfokuszonen, die mit den gegenüberliegenden Spiegeln beispielsweise in einem Resonator- Aufbau mit, insbesondere gleichen, Krümmungsradien der Spiegel erzeugt werden, wobei die Zwischenfokuszonen im Wesentlichen einen gleichen Durchmesser und eine gleiche Rayleigh-Länge aufweisen,

- zur Formung von Zwischenfokuszonen, die nebeneinander und optional sich teilweise über lagernd angeordnet sind,

- als mit einem nichtlinearen gasförmigen Medium, insbesondere einem Edelgas wie Helium oder Argon, gefüllte Zelle, wobei in jeder der Zwischenfokuszonen der gleiche Gasdruck vor liegt,

- mit einer in den Zwischenfokuszonen vorliegenden im Wesentlichen gleichbleibenden Puls dauer und im Wesentlichen gleichbleibenden Pulsenergie der durchlaufenden gepulsten Laser strahlung und/oder

- zur schrittweisen nichtlinearen spektralen Verbreiterung der durchlaufenden gepulsten La serstrahlung in den Zwischenfokuszonen.

In einigen Weiterbildungen des optischen Systems kann mindestens einer der Spiegel der Mehrfachdurchgangszelle als konvexer Spiegel ausgebildet sein, wobei die Krümmungsradien insbesondere übereinstimmen und/oder ein Abstand der Spiegel in einem Bereich von 95% bis 105% der Summe der Krümmungsradien liegt. Alternativ oder zusätzlich kann mindestens ei ner der Spiegel als ein dispersiver Spiegel ausgebildet sein, dessen Dispersionsbeitrag einen dispersiven Beitrag mindestens eines Durchgangs eines Primärlaserpulses der gepulsten La serstrahlung durch die Mehrfachdurchgangszelle kompensiert. Alternativ oder zusätzlich kann mindestens einer der Spiegel mindestens ein Spiegelsegment umfassen, auf das die gepulste Laserstrahlung beim Umlauf der gepulsten Laserstrahlung durch die Mehrfachdurchgangs zelle mindestens einmal trifft.

In einigen Weiterbildungen des optischen Systems kann die Mehrfachdurchgangszelle derart ausgebildet sein, dass ein Primärlaserpuls der gepulsten Laserstrahlung, dessen Kontrast im optischen System erhöht werden soll, in den Zwischenfokuszonen im Wesentlichen keine Veränderung in der Pulsdauer und/oder Pulsenergie erfährt.

In einigen Weiterbildungen des optischen Systems kann die Strahlanteile mit unterschiedlich ausgerichteten elliptischen Polarisationszuständen einen Nutz-Strahlanteil mit Primärlaserpul sen und einen Rest-Strahlanteil mit niederintensiver Laserstrahlung umfassen. Der Rest- Strahlanteil bildet einen Untergrund aus einem auf ASE zurückgehenden Strahlungspodest und/oder aus Laserpulsen, die zeitlich vor oder nach den Primärlaserpulsen eintreffen und de ren Spitzenintensität wesentlich niedriger ist als die Spitzenintensität der Primärlaserpulse. So kann der Strahlungsuntergrund insbesondere den hochintensiven Laserpulsen vorausgehende niederintensive Laserpulse und/oder nachfolgende niederintensive Laserpulse aufweisen.

In einigen Weiterbildungen des optischen Systems kann das optische Strahlteilungssystem zum Aufteilen der Strahlanteile mit unterschiedlich ausgerichteten elliptischen Polarisations zuständen umfassen:

- eine zweite Polarisationseinstelloptik zum Rückführen eines jeden der unterschiedlich ausge richteten elliptischen Polarisationszustände in einen linearen Polarisationszustand, wobei ins besondere die von der Mehrfachdurchgangszelle ausgegebenen Strahlanteile mit unterschied lich ausgerichteten elliptischen Polarisationszuständen in einen Nutz-Strahlanteil und einen Rest-Strahlanteil mit unterschiedlich ausgerichteten linearen Polarisationszuständen überführt werden, und

- einen Strahlteiler, der den Nutz-Strahlanteil und den Rest-Strahlanteil auf unterschiedlichen Strahlwegen ausgibt.

Insbesondere kann die zweite Polarisationseinstelloptik eine zweite Wellenplatte, optional eine l/4-Wellenplatte und/oder eine l/2-Wellenplatte, umfassen.

In einigen Weiterbildungen kann das optische System ferner ein Steuerungssystem umfassen, das für eine Drehung der Ausrichtung eines der elliptischen Polarisationszustände, insbeson dere zur Einstellung eines Drehwinkels von 90°, mindestens zur Einstellung eines der folgen den Parameter ausgebildet ist:

- eine Pulsdauer von Primärlaserpulsen der gepulsten Laserstrahlung,

- einer Pulsenergie von Primärlaserpulsen der gepulsten Laserstrahlung,

- eine Elliptizität der eingestellten elliptischen Polarisation der gepulsten Laserstrahlung, - Fokusdurchmesser in den Zwischenfokuszonen,

- Rayleigh-Längen der Zwischenfokuszonen und

- ein Gasdruck des Gases in den Zwischenfokuszonen.

In einigen Weiterbildungen des Lasersystems können sich Gasbedingungen, insbesondere Gassorte und/oder Gasdruck, in einem ersten optischen System von entsprechenden Gasbedin gungen in einem zweiten optischen System unterscheiden.

In einigen Weiterbildungen des Verfahrens kann dieses ferner den Schritt umfassen:

- Einstellen mindestens eines der folgenden Parameter zum Drehen der Ausrichtung eines der elliptischen Polarisationszustände in der Mehrfachdurchgangszelle, insbesondere zur Einstel lung eines Drehwinkels von 90° für Primärlaserpulse der gepulsten Laserstrahlung:

- ein Gasdruck in den Zwischenfokuszonen und/oder

- eine in der Mehrfachdurchgangszelle akkumulierte Dispersion der Primärlaserpulse.

Optional kann ferner eingestellt werden:

- eine Pulsdauer der Primärlaserpulse der gepulsten Laserstrahlung,

- einer Pulsenergie der Primärlaserpulse der gepulsten Laserstrahlung,

- eine Elliptizität des eingestellten elliptischen Polarisationszustands der gepulsten Laserstrah lung,

- Fokusdurchmesser in den Zwischenfokuszonen und/oder

- Rayleigh-Längen der Zwischenfokuszonen.

In einigen Weiterbildungen des Verfahrens kann sich ferner ein den Primärpulsen zugeordne tes Pulsspektrum der gepulsten Laserstrahlung, insbesondere von Zwischenfokuszone zu Zwi schenfokuszone, aufgrund einer nichtlinearen spektralen Verbreiterung in der Mehrfachdurch gangszelle verbreitern, während gleichzeitig die Kontrasterhöhung stattfindet.

Erfindungsgemäß wird allgemein vorgeschlagen, den Ansatz der NER unter Verwendung ei ner gasgefüllten Mehrfachdurchgangszelle, beispielsweise einer Herriott-Zelle, zur Kontrast verstärkung von gepulster Laserstrahlung einzusetzen, wobei dies optional zusammen mit ei ner spektralen Pulsverbreiterung und einer nachfolgenden Pulsdauer-Kompression erfolgen kann. Die hierin vorgeschlagenen Konzepte weisen die Vorteile auf, dass die Erhöhung des Pulskontrasts bei hohen mittleren Leistungen (größer einige 100 W bis in den kW-Bereich) und sehr hohen Pulsenergien (bis in den J-Bereich) durchgeführt werden kann und sich auf eine einfach zu realisierende und sehr effiziente Art und Weise umsetzen lässt.

Im Rahmen des hierin betrachteten Ansatzes der NER unter Verwendung einer gasgefüllten Mehrfachdurchgangszelle wird unter einem elliptischen Polarisationszustand ein Polarisati onszustand verstanden, bei dem ein Polarisationsellipse vorliegt, wie sie zum Beispiel durch Einstellen eines Winkels in einem Bereich zwischen 0° und 45° oder in einem Bereich zwi schen 45° und 90° (analog in einem Bereich zwischen 45° und 135° oder in einem Bereich zwischen 135° und 180°) einer schnellen Achse einer l/4-Wellenplatte und einer Polarisati onsebene eines einfallenden linearpolarisierten Laserstrahls bewirkt werden kann. In diesen Winkelbereichen bildet sich eine Polarisationsellipse des E-Felds aus. In einem beispielhaften elliptischen Polarisationszustand können 90% des Laserstrahls in einem s-Polarisationszu- stand und 10% in einem p-Polarisationszustand vorliegen. Somit unterscheidet sich ein ellipti scher Polarisationszustand von einem linearen Polarisationszustand (mit nur einem Anteil im s- oder p-Polarisationszustand) als auch von einem zirkularen Polarisationszustand (Winkel von 45° der l/4-Wellenplatte bzw. identische Anteile im s-Polarisationszustand und im p-Po larisationszustand).

Hierin werden Konzepte offenbart, die es erlauben, zumindest teilweise Aspekte aus dem Stand der Technik zu verbessern. Insbesondere ergeben sich weitere Merkmale und deren Zweckmäßigkeiten aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsformen anhand der Figu ren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine beispielhafte schematische Darstellung eines Lasersystems mit einem optischen System zur Kontrastverbesserung,

Fig. 2A bis 2C beispielhafte Skizzen zur Erläuterung einer Herriott-Zelle als Beispiel einer Mehrfachdurchgangszelle und

Fig. 3 ein schematisches Flussdiagramm zur Erläuterung einer beispielhaften Vorgehensweise zur Kontrastverstärkung.

Hierin beschriebene Aspekte basieren zum Teil auf der Erkenntnis, dass aufgrund einer inten sitätsabhängigen Phasenrotation eine nichtlinear von der Intensität abhängige Rotation einer Ausrichtung einer elliptischen Polarisation bewirkt werden kann (selbst induzierte Ellipsen- Rotation, „self-induced ellipse rotation“). Die Intensitätsabhängigkeit der elliptischen Polarisationsrotation bewirkt, dass die Polarisation eines Pulses nahe an seinem Peak eine an dere Rotation erfährt als die niederintensiven Bereiche. Dadurch wird es möglich, hochinten sive Strahlanteile (gebildet von den für eine Anwendung vorgesehenen Primärlaserpulsen) von niederintensiver Laserstrahlung (beispielsweise gebildet von den die Primärlaserpulse be gleitenden Vor- und Nachpulsen) zu trennen. Die Implementierung der NER im Rahmen einer Mehrfachdurchgangszelle stellt vielfältige Einstellparameter und Kontrollparameter zur Ver fügung, sodass die Kontrastverstärkung in einem optischen System für unterschiedlichste Pa rameterkonstellationen eines Lasersystems ermöglich wird.

Ferner haben die Erfinder erkannt, dass mit der Hilfe der hierin offenbarten Konzepte zur NER bei Verwendung in einer Herriott-Zelle gepulste Laserstrahlung von niederenergetischer Laserstrahlung (z.B. Vor- oder Nachlaserpulsen) befreit werden kann, indem nur Laserpulse mit einer hohen Intensität (die angesprochenen Primärlaserpulse) in ihrer Polarisation mit Blick auf den nachfolgenden Strahlengang beeinflusst werden. Die Beeinflussung erfolgt durch die Nichtlinearität des Brechungsindexes des Gases in Zwischenfokuszonen der Herri ott-Zelle derart, dass die Primärlaserpulse ein optisches Strahlteilungssystem möglichst ohne Verlust passieren können. Im Unterschied zu den Primärlaserpulsen verändert sich die Aus richtung der Polarisationsellipse des nieder energetischen Laserstrahlungsanteils innerhalb der Herriott-Zelle nicht, sodass dieser nieder energetische Laserstrahlungsanteil nach dem Verlas sen der Herriott-Zelle mit dem optischen Strahlteilungssystem aus der Laserstrahlung entfernt werden kann. Mit anderen Worten können Vor- und/oder Nachlaserpulse aus der Laserstrah lung entfernt werden, wenn die Rotation der Polarisationsellipse nur für die Primärlaserpulse aufgrund ihrer hohen Intensität derart eingestellt ist, sodass nur die Primärlaserpulse beispiels weise einen voreingestellten Strahlteiler passieren können.

Fig. 1 zeigt ein Lasersystem 1, das zur Kontrasterhöhung ein optisches System 3 aufweist. Das optische System 3 basiert auf der Verwendung einer mit Gas 4 gefüllten Mehrfachdurch gangszelle 5 (beispielsweise eine Herriott-Zelle), wobei das Gas 4 als nichtlineares Kerr-Me- dium dient. Beispielsweise kann Helium bei sehr hohen Intensitäten in der Mehrfachdurch gangszelle 5 verwendet werden. Bei niedrigeren aber immer noch hohen Intensitäten in der Mehrfachdurchgangszelle 5 kann beispielsweise Argon oder ein anderes Edelgas als nichtline ares Medium eingesetzt werden. Das Lasersystem 1 umfasst allgemein eine Laserstrahlungsquelle 7, die Laserstrahlung 9 aus gibt. Die Laserstrahlung 9 umfasst Primärlaserpulse 11 mit einer Pulsenergie im Bereich von z.B. einigen Hundert Millijoule und einer Pulsdauer At im Bereich von einigen Hundert Fem- tosekunden und weniger, die beispielsweise eine Ultrakurzpulsfolge ausbilden. In Abhängig keit von der Laserstrahlungsquelle 7 umfasst die Laserstrahlung 9 ferner niederenergetische Laserstrahlung 13, die in Fig. 1 als Vorpulse 13 A oder Nachpulse 13B beispielhaft angedeutet ist. Ferner kann die Laserstrahlungsquelle 7 optional ein Pulsdauereinstellsystem 15 zum Ein stellen der Pulsdauer der Primärlaserpulse 11 aufweisen, wobei das Pulsdauereinstellsystem 15 wie in Fig. 1 angedeutet auch dem optischen System 3 zugeordnet werden kann.

Im vorliegenden Beispiel wird angenommen, dass am Ausgang des Pulsdauereinstellsystems 15 bzw. am Ausgang der Laserstrahlungsquelle 7 die Laserstrahlung 9 mit einer linearen Pola risation 17A vorliegt, deren Polarisationsvektor in Fig. 1 beispielhaft orthogonal zur Zeichen ebene angedeutet ist. D.h., sowohl die Primärlaserpulse 11 als auch die niederenergetische La serstrahlung 13 sind linear polarisiert und zwar allgemein in der gleichen Richtung.

Für die Kontrasterhöhung weist das optische System 3 eine erste Polarisationseinstelloptik 19 auf. In dieser wird die Laserstrahlung 9 elliptisch polarisiert. In Fig. 1 ist hierzu am Ausgang der ersten Polarisationseinstelloptik 19 ein auf einer Polarisationsellipse umlaufender E-Feld- vektor zur Verdeutlichung eines elliptischen Polarisationszustands 17B beispielhaft angedeu tet, wobei die lange Halbachse der Polarisationsellipse beispielhaft in der Zeichenebene ver läuft. Zum Einstellen dieses elliptischen Polarisationszustands der Laserstrahlung 9 umfasst die erste Polarisationseinstelloptik 19 eine Wellenplatte (z.B. eine l/4-Wellenplatte oder eine l/8-Wellenplatte etc.). Im Beispiel der Fig. 1 umfasst die erste Polarisationseinstelloptik 19 eine erste l/4-Wellenplatte 19A. Ferner kann die erste Polarisationseinstelloptik 19 optional eine beispielsweise der ersten l/4-Wellenplatte 19A vorgelagerte l/2-Wellenplatte 19B zum Ausrichten der Orientierung des elliptischen Polarisationszustands aufweisen. Hierzu ist die Einstellung der Polarisation in der ersten Polarisationseinstelloptik 19 unabhängig von der In tensität, denn die Wellenplatten arbeiten mit einem anisotropen Brechungsindex, beispiels weise mit einem doppelbrechenden Kristall. Zum Einstellen des elliptischen Polarisationszu stands der Laserstrahlung 9 wird beispielsweise die l/4-Wellenplatte bezüglich der Polarisati onsebene der Laserstrahlung 9 derart eingestellt, dass ein Winkel zwischen einer schnellen Achse der l/4-Wellenplatte und der Polarisationsebene nicht 0°, 45°, 90° oder 135° beträgt. Entsprechende Winkelbereiche können anderen Wellenplatten oder Kombinationen von Wellenplatten für die Erzeugung elliptischer Polarisation zugeordnet werden. Durch Einstel len des Winkels der Wellenplatte kann eine Elliptizität der Polarisationsellipse eingestellt wer den. In Kombination mit der vorgelagerten l/2-Wellenplatte 19B kann ferner eine Ausrich tung der Polarisationsellipse vorgenommen werden.

Aufgrund der am Eingang der ersten Polarisationseinstelloptik 19 identisch vorliegenden line aren Polarisation für die Primärlaserpulse 11 und die nieder energetische Laserstrahlung 13 weisen diese beiden Strahlanteile beim Verlassen der ersten Polarisationseinstelloptik 19 auch den gleichen elliptischen Polarisationszustand 17B auf.

Fig. 1 zeigt ferner eine Teleskopanordnung 21 zum Anpassen der Mode (allgemein von Strahlparametern wie Strahldurchmesser und Strahldivergenz) der gepulsten Laserstrahlung 9 vor der Einkopplung in die Mehrfachdurchgangszelle 5 mit einem Einkoppelspiegel 23.

Die beispielsweise als Herriott-Zelle ausgeführte Mehrfachdurchgangszelle 5 umfasst zwei konkav gekrümmte Spiegel 25 A, 25B, die in einer gasgefüllten Umgebung einen mehrfach zwischen den Spiegeln 25A, 25B hin und her verlaufenden Strahlengang 5A ausbilden.

Die Mehrfachdurchgangszelle 5 kann - beispielsweise in der Geometrie einer Herriott-Zelle - durch zwei konkave Spiegel gebildet werden, die zum Beispiel in einer konzentrischen oder konfokalen Resonatoranordnung, allgemein auch in einer anderen Resonatorkonfiguration ent lang einer gemeinsamen optischen Achse 27 (gegeben durch die konzentrische Anordnung) aufeinander ausgerichtet sind. In diesem Fall werden die Spiegel 25A, 25B auch als Herriott- Spiegel bezeichnet. Wird die Laserstrahlung 9 versetzt zur optischen Achse 27 in die Mehr fachdurchgangszelle 5 eingebracht, wird die Laserstrahlung 9 mehrfach hin und zurück auf ei nem vorgegebenen üblicherweise elliptischen (kreisförmigen) Muster umlaufen.

Fig. 2A verdeutlicht schematisch den Strahlengang zwischen den Spiegeln 25A, 25B unter Ausbildung einer Zwischenfokuszone 29, eine entsprechend angepasste Mode der eingekop pelten Laserstrahlung 9 vorausgesetzt. Die Zwischenfokuszone 29 weist beispielsweise einen Fokusdurchmesser d und eine Rayleigh-Länge Lr auf und liegt im Bereich einer Symmetrie ebene 31 der, im Beispiel der Fig. 1 konzentrisch ausgebildeten, Resonatoranordnung. Die Figuren 2B und 2C zeigen Aufsichten auf die Spiegel 25A, 25B, in denen kreisförmig an geordnete Auftreffbereiche 33 auf den Spiegeloberflächen schematisch angedeutet sind. In den Auftreffbereichen 33 trifft die Laserstrahlung 9 möglichst mittig, bevor sie von dort wie der in Richtung des Zentrums der Mehrfachdurchgangszelle (hier der Resonatoranordnung) zurückreflektiert wird. In den Figuren 2B und 2C erkennt man ferner eine Einkopplungsöff- nung 35 A sowie eine Auskopplungsöffnung 35B. Die für die Reflexion bereitstehenden Berei che auf der Oberfläche der Spiegel 25A, 25B sind kreisförmige Flächenabschnitte mit einem Durchmesser D. Die Anzahl der Umläufe (Zwischenfokuszonen 29) kann im Prinzip beliebig groß sein; beispielsweise können 5 bis 100 Zwischenfokuszonen durchlaufen werden; d.h., in der Mehrfachdurchgangszelle werden mehrere Zwischenfokuszonen durchlaufen. Ferner kann mindestens einer der Spiegel 25A, 25B auch aus einzelnen diskreten Spiegelelementen aufge baut sein, wobei eine Reflektion bevorzugt auf einem einzelnen Spiegelelement stattfinden kann. Beispielsweise werden zwölf Zwischenfokuszonen 29 durchlaufen.

Alternativ zur Strahleinkopplung und Strahlauskopplung durch Öffnungen in den Spiegeln können kleinere Spiegelelemente, die in die Herriott-Zelle eingreifen, verwendet und bei spielsweise an den Positionen der Öffnungen 35A, 35B positioniert werden.

Bezugnehmend auf den in Fig. 1 angedeuteten Strahlengang 5A wird die gepulste Laserstrah lung 9 wiederholt durch Zwischenfokuszonen im Zentrum der Mehrfachdurchgangszelle 5 ge führt. In den Zwischenfokuszonen bilden sich aufgrund der Fokussierung der Primärlaserpulse während der Pulsdauer At der Primärlaserpulse 11 hohe Intensitäten aus, die zu einem nichtli nearen Verhalten des Brechungsindexes des Gases 4 führen. Das nichtlineare Verhalten des Brechungsindexes des Gases 4 führt wie nachfolgend erläutert zu Strahlanteilen der Laser strahlung 9 mit unterschiedlichen Polarisationszuständen und kann so zur Kontrasterhöhung der gepulsten Laserstrahlung 9 genutzt werden.

Nach der vorbestimmten Anzahl von Durchläufen durch die Mehrfachdurchgangszelle 5 ver lässt die Laserstrahlung 9 die Mehrfachdurchgangszelle 5 und trifft auf einen die ausgekop pelte Laserstrahlung reflektierenden Ausgangsspiegel 37. Der Ausgangsspiegel 37 lenkt die Laserstrahlung 9 durch eine zweite Teleskopanordnung 39, die die Laserstrahlung 9 rekolli- miert. Zum Aufteilen der Strahlanteile der Laserstrahlung 9 mit unterschiedlichen Polarisationszu ständen weist das optische System 3 ferner ein optisches Strahlteilungssystem 41 auf. In der in Fig. 1 beispielhaft gezeigten Ausführungsform umfasst das optische Strahlteilungssystem 41 eine zweite Wellenplatte 43 und einen Strahlteiler 45. Die zweite Wellenplatte 43 ist allge mein derart eingestellt, dass der elliptische Polarisationszustand wieder in eine lineare Polari sation übergeführt wird. Weitere Aufbauten zur Aufteilung von Strahlanteilen mit unter schiedlichen elliptischen Polarisationszuständen sind aus dem Stand der Technik bekannt.

Aufgrund der Nichtlinearität des Brechungsindexes n des gasförmigen Kerr-Mediums in der Mehrfachdurchgangszelle 5 - d.h. für einen intensitätsabhängigen Brechungsindex n = n_0 + n_2 * I(r; t) mit den gasspezifischen Brechungsindexparametern n_0 und n_2 und dem Intensi tätsverlauf I(r; t) in der Zwischenfokuszone - ergibt sich nur für die Primärlaserpulse 11 eine Rotation der Polarisationsellipse um einen Drehwinkel DQ, wobei der Drehwinkel DQ propor tional zur Intensität I(r; t) und n_2 ist. Eine um DQ-gedrehte Polarisationsellipse ist beispielhaft in Fig. 1 als elliptischer Polarisationszustand 17C angedeutet.

Die Orientierung der Polarisationsellipse der nieder energetische Laserstrahlung 13 ergibt sich durch den ordentlichen Brechungsindex das Gases 4 und verbleibt im Wesentlichen unverän dert. Die elliptischen Polarisationszustände der Primärlaserpulse 11 und der nieder energeti schen Laserstrahlung 13 ändern somit bei jedem Durchgang durch eine Zwischenfokuszone 29 ihre relative Ausrichtung zueinander.

Unterscheiden sich die Ausrichtungen der beiden Polarisationsellipsen nach der Mehrfach durchgangszelle 5 zum Beispiel um 90°, ergeben sich nach Durchlaufen der Wellenplatte 43 zwei orthogonal zueinander ausgerichtete lineare Polarisationszustände 47A, 47B für die Pri märlaserpulse 11 und die niederintensive Laserstrahlung 13. Wird der Strahlteiler 45 entspre chend ausgerichtet, verteilt der Strahlteiler 45 die Primärlaserpulse 11 und die niederintensive Laserstrahlung 13 auf zwei unterschiedliche Strahlwege für einen Nutz-Strahlanteil 9A und einen Rest-Strahlanteil 9B, die den orthogonalen linearen Polarisationszuständen 47A, 47B entsprechen.

In Fig 1 ist beispielhaft ein Primärlaserpuls 1 G des Nutz-Strahlanteils 9A angedeutet, der von Vor- und Nachpulsen befreit wurde. Die Vor- und Nachpulse bilden den Rest-Strahlanteil. Auch wenn die sich ergebenden Strahlanteile nicht vollständig orthogonal zueinander polarisiert sind, können wesentliche Anteile der Vor- oder Nachpulse aus dem Nutz- Strahl en- gang entfernt werden.

Für die nachfolgende Verwendung der Primärlaserpulse 1 G, die bezüglich der niederintensi ven Laserstrahlung in ihrem Kontrast erhöht wurden, können die Primärlaserpulse 1 G bei spielsweise einem Kompressor 49 zugefügt werden. Der Kompressor 49 ist in Figur 1 bei spielhaft als Chirped-Mirror-Kompressor dargestellt. An einem Ausgang des Lasersystems 1 kann so eine Nutz-Laserstrahlung 9A' ausgegeben werden, die eine Folge komprimierter Pri märlaserpulse 11" umfasst, wobei die komprimierten Primärlaserpulse 11" einen erhöhten Kontrast aufweisen.

Im Unterschied zu dem aus dem Stand der Technik bekannten Aufbau, der eine HCF verwen det, kann es die hierin vorgeschlagene Konfiguration z.B. unter Verwendung einer Herriott- Zelle ermögichen, dass eine vorbestimmte/einstellbare Anzahl von Zwischenfokuszone 29 durchlaufen wird. Überdies ist ein Strahldurchmesser d in den Zwischenfokuszonen einstell bar und kann beispielsweise auch über den Krümmungsradius Rm der Spiegel 25A, 25B auf die Laserleistung, Pulsdauer etc. und das Gas 4 abgestimmt werden. Der Krümmungsradius Rm ist beispielsweise für beide Spiegel identisch bzw. liegt zumindest in der gleichen Grö ßenordnung.

Neben einer Einsteilbarkeit der Größe der Zwischenfokuszone 29 z.B. durch die Krümmungs radien der Spiegel 25A, 25B sowie durch eine entsprechende Teleskopanordnung zur Moden anpassung, die der Mehrfachdurchgangszelle vorgeschaltet werden kann, kann hinsichtlich der Nichtlinearität der Gasdruck eingestellt werden. Es wird angemerkt, dass aufgrund der hohen räumlichen Nähe der verschiedenen durchlaufenden Zwischenfokuszonen in der Mehrfach durchgangszelle in jeder der Zwischenfokuszone der gleiche Gasdruck vorliegt. Bevorzugt sind die optischen Strahlparameter und Strahleigenschaften in den verschiedenen Zwischenfo kuszonen sehr ähnlich, sodass auch ähnliche nichtlineare Effekte vorliegen.

Bilden die Spiegel 25 A, 25B z.B. einen konzentrischen Resonator (Spiegel ab stand ca. 2*Rm bei identischen Krümmungsradien Rm), haben die Zwischenfokuszonen 29 im Wesentlichen alle den gleichen Durchmesser d und weisen entsprechend gleiche Rayleigh-Längen Lr auf. Allgemein liegt der Abstand der Spiegel 25 A, 25B in einem Bereich von 95% bis 105% der Summe der Krümmungsradien. Ein intensiver Primärlaserpuls 11 propagiert durch diese Zwischenfokuszonen 29 sequenziell und wechselwirkt dabei wiederholt mit dem Gas 4 bei elektrischen Feldstärken, die nichtlineare Effekte auf den Brechungsindex n und damit auf den Polarisationszustand des Primärlaserpulses 11 hervorrufen können.

Die Verwendung des hierin beschriebenen Herriott-Aufbaus stellt verschiedene im Voraus fest legbare und/oder während des Betriebs einstellbare Parameter bei der Auslegung der Zwischen fokuszonen und der darin vorliegenden nichtlinearen Bedingungen bereit. Für die Einstellung der Parameter kann das optische System 3 beispielsweise ein Steuerungssystem 61 aufweisen, das über Steuerungsverbindungen 63 mit der Pulsdauereinstellsystem 15, der Polarisationsein stelloptik 19 (insbesondere zur Einstellung der Winkel Stellungen der ersten l/4- Wellenplatte 19A und optional der l/2-Wellenplatte 19B), den Teleskopanordnungen 21, 39 (insbesondere zur Einstellung des Abstands zwischen Teleskoplinsen 21 A, 21B), einer Druckeinstellvorrich tung 65 zur Einstellung des Gasdrucks (siehe Fig. 1) und/oder dem optischen Strahlteilungssys tem 41 (insbesondere zur Einstellung der Winkelstellung der zweiten l/4- Wellenplatte 43) ver bunden ist.

Mithilfe des Steuerungssystems 3 können beispielsweise eingestellt werden:

- die Pulsdauer At der Primärlaserpulse 11 der gepulsten Laserstrahlung 9,

- die Pulsenergie der Primärlaserpulse 11 der gepulsten Laserstrahlung 9,

- eine Elliptizität der eingestellten elliptischen Polarisation der gepulsten Laserstrahlung 9,

- die Fokusdurchmesser d in den Zwischenfokuszonen 29,

- die Rayleigh-Längen Lr der Zwischenfokuszonen 29 und

- ein Gasdruck des Gases 4 in den Zwischenfokuszonen 29.

Wie in Fig. 2B und Fig. 2C gezeigt trifft die Laserstrahlung 9 wiederholt auf die Spiegel 25A, 25B (jeweils mehrfach). Ergänzend können die Spiegel zur Dispersionsanpassung genutzt werden, indem sie als dispersive Spiegel ausgeführt werden. Weisen die Spiegel 25A, 25B zu mindest bei einer der Reflexionen eine dispersive Wirkung auf, kann direkt auf die Dispersion und damit die Pulsdauer der Primärlaserpulse 11 eingewirkt werden. Beispielsweise können eine oder mehrere der Auftreffbereiche 33 mit einer dispersiven Schicht versehen werden.

Eine dispersive Beschichtung 51 ist beispielhaft in Figur 2A für den Spiegel 25B gestrichelt angedeutet. Überdies kann jeder der Spiegel 25 A, 25B aus mehreren Spiegelsegmenten mit vorbestimmten dispersiven Eigenschaften aufgeb aut werden, wobei jedes der Spiegelsegmente in seiner Dispersion auf eine gewünschte Pulsdauer im Durchlauf durch die Mehrfachdurchgangszelle 5 angepasst wird. Entsprechend setzt sich die in der Mehrfach durchgangszelle 5 vorliegende Dispersion aus einem Dispersionsbeitrag der dispersiven Spie gel und einem Dispersionsbeitrag im gasgefüllten Volumen entlang des Strahlengangs 5A zu sammen.

In Fig. 1 ist ein beispielhaftes Spiegelsegment 53 angedeutet. Beim Umlauf der gepulsten La serstrahlung durch die Mehrfachdurchgangszelle trifft die Laserstrahlung (je nach Größe des Spiegelsegments) mindestens einmal auf das Spiegelsegment, das üblicherweise mindestens ein Ausmaß in der Größe des Strahldurchmessers D auf der Spiegeloberfläche aufweist.

Mit anderen Worten erlauben es die hierin vorgeschlagenen Konzepte, eine Dispersion, die beim Durchgang durch das gasgefüllte Volumen akkumuliert wird, durch geeignete dispersive Spiegelbeschichtungen (gechirpte Spiegel) zumindest teilweise zu kompensieren, um bei spielsweise vergleichbare Pulsdauem in den Zwischenfokuszonen beizubehalten oder die Pulsdauern gezielt zu variieren.

Zusätzlich zu der hierin vorausgehend diskutierten Verwendung der NER ermöglicht es die Mehrfachdurchgangszelle 5, die hochintensiven Primärlaserpulse in den Zwischenfokuszonen schrittweise spektral zu verbreitern. Die nichtlineare spektrale Verbreiterung wird durch die jeweils in einer Zwischenfokuszone vorliegende hohe Intensität und durch die Nichtlinearität des Brechungsindexes des gasförmigen Mediums in der Mehrfachdurchgangszelle 5 hervorge rufen.

Aufgrund der nichtlinearen spektralen Verbreiterung kann sich das Pulsspektrum von Zwi schenfokuszone zu Zwischenfokuszone ändern, und zwar im Wesentlichen bei gleichbleiben der Pulsdauer und gleichbleibender Pulsenergie. Wird die Mehrfachdurchgangszelle 5 mittels gechirpter Spiegel aufgebaut, kann die Pulsdauer überdies eingestellt werden. Beispielsweise kann sich die Pulsdauer von Durchgang zu Durchgang ändern (verkürzen oder verlängern). Entsprechend bleiben auch bei einer nichtlinearen spektralen Verbreiterung die Spitzenintensi täten in den Zwischenfokuszonen im Wesentlichen gleich.

Ein weiterer Vorteil kann sich im Zusammenhang mit der nichtlinearen spektralen Verbreite rung ergeben, wenn hierzu Laserstrahlung mit elliptischer Polarisation in der Mehrfachdurch gangszelle eingesetzt wird. So kann die spektrale Verbreiterung eventuell in sich glatter über das Frequenzspektrum hinweg erfolgen, sodass sich ein weniger strukturiertes Spektrum erge ben kann. Dies kann sich auf die anschließende Pulsformung und/oder Pulskompression posi tiv auswirken.

Fig. 2A zeigt die Ausbildung einer Zwischenfokuszone in einer Herriott-Zelle unter der An nahme von gekrümmten Herriott-Spiegeln. Nachfolgend werden geometrische Parameter für die Umsetzung einer Mehrfachdurchgangszelle im Rahmen der hierin vorgestellten Konzepte betrachtet.

Die Begrenzung der Pulsenergien von Primärlaserpulsen, die mit einer Mehrfachdurchgangs zelle im Kontrast erhöht (und optional spektral verbreitert) werden können, ergibt sich aus ei ner Vermeidung einer Laser-induzierten Beschädigung der (Herriott-)Spiegel und aus dem Io nisationsschwellwert des verwendeten Gases. Ein möglichst hoher Ionisationsschwellwert liegt bei der Verwendung von Helium als Gas 4 in der Mehrfachdurchgangszelle 5 bei ca. 3,42 10 ^L 14 W/cm2.

Die Laser-induzierte Beschädigung der Spiegel 25 A, 25B bedingt einen Mindestdurchmesser der Laserstrahlung 9 auf den gekrümmten Spiegel 25A, 25B. Der Ionisationsschwellwert be stimmt den kleinstmöglichen Fokusdurchmesser d in den Zwischenfokuszonen 29 mit Blick auf die Vermeidung einer Ionisation des Gases 4. Beide Parameter definieren gemeinsam eine notwendige Länge der Mehrfachdurchgangszelle 5, d.h., den Abstand der Spiegel, die bei spielsweise den konzentrischen Resonator aufbauen, sowie deren Krümmungsradius.

Hinsichtlich der Begrenzung durch die Multiphotonenionisation sei erwähnt, dass diese im Wesentlichen unabhängig vom Gasdruck in der Mehrfachdurchgangszelle ist.

In diesem Zusammenhang ist auch von Bedeutung, dass die für eine Ionisation benötigte elektrisches Feldstärke für zirkular/elliptisch polarisiertes Licht im Vergleich zu linear polari siertem Licht erhöht ist, sodass bei einem vergleichbaren Strahldurchmesser D auf den Spie geln 25A, 25B der mögliche Fokusdurchmesser d in den Zwischenfokuszonen 29 kleiner ge wählt werden kann. Dadurch ergibt sich allgemein eine Reduzierung des Spiegelabstands (bei spielsweise ein um mindestens einen Faktor 2 verkürzter Abstand der Spiegel 25A, 25B) im Vergleich zu einer mit linearer Polarisation betriebenen Mehrfachdurchgangszelle. Somit kann die Verwendung einer Mehrfachdurchgangszelle zur NER den positiven Nebeneffekt ha ben, dass die Mehrfachdurchgangszelle kompakter aufgebaut werden kann.

Für die Anwendung von hochintensiver Laserstrahlung kann es erforderlich sein, dass die Spiegel Pulsenergien von einigen 100 mJ bei Pulsdauern von einigen 100 fs, beispielsweise 500 fs oder kürzer aushalten. Für Ultrakurzpulse sind die Spiegel ferner breitbandig, z.B. auf einen Wellenlängenbereich auszulegen von z.B. 700 nm bis beispielsweise 1100 nm für Ultra kurzpulse aus einem Titan-Saphir-Laser oder 900 nm bis 1100 nm für Ultrakurzpulse aus La sern, die um 1000 nm emittieren, wie Nd:YAG oder Yb:YAG. Ferner können die Spiegel ei nen oder keinen Dispersionsbeitrag liefern, sodass evtl auch dispersive Beschichtungen zu be rücksichtigen sind.

Beispielhafte Parameter für eine Mehrfachdurchgangszelle und der ihr zugrunde liegenden Spiegel werden nachfolgend mit Verweis auf die Figuren 2A bis 2C erläutert. Für beschichtete Spiegel kann ein Laser induzierter Beschädigungsschwellwert von ca. 0,5 J/cm2 bei einer Pulsdauer von ca. 500 fs gemessen werden. Dieser Schwellwert wird üblicherweise dem Strahlzentrum zugeordnet. Unter Annahme eines Gauß-Strahls ergibt sich so für den ca. 500 fs-Laserpuls z.B. ein Schwellwert von ungefähr 0,1 J/cm2, sodass bei einem Sicherheitsfaktor von z.B. 3 die maximal zulässige Fluenz bei ca. 0,03 J/cm2 liegen würde.

Davon ausgehend ergibt sich z.B. ein Strahlradius von ungefähr 9 mm für 200 mJ-Pulseoder ein umgesetzter l/e2-Strahldurchmessers von ungefähr 13 mm auf den Spiegeln 25 A, 25B für die Mehrfachdurchgangszelle 5 mit eine erforderliche Brennweite f der Spiegel 25A, 25B (Krümmungsradius Rm) und entsprechend einer Länge der Mehrfachdurchgangszelle 5 (Spie gelabstand).

Für zirkular polarisiertes Licht (mit einer im Vergleich zu linear polarisiertem Licht reduzier ten (maximalen) elektrischen Feldstärke) kann ein reduzierter Spiegelabstand/ eine verkürzte Mehrfachdurchgangszellenlänge/Resonatorlänge L bei einem entsprechend kleineren Krüm mungsradius der Spiegel 25 A, 25B umgesetzt werden, vorausgesetzt der gleiche Strahldurch messer liegt auf den Spiegel vor. Mit Verweis auf das in Fig. 3 gezeigte Flussdiagramm werden die Schritte bei der hierin vor geschlagenen Vorgehensweise zur Kontrasterhöhung gepulster Laserstrahlung unter Verwen dung einer nichtlinearen elliptischen Polarisationsrotation erläutert.

Im Schritt 71 erfolgt ein Einstellen eines elliptischen Polarisationszustands 17A der gepulsten Laserstrahlung 9.

Im Schritt 73 erfolgt ein Einkoppeln der gepulsten Laserstrahlung 9 in eine Mehrfachdurch gangszelle 5, die aus zwei konkaven Spiegeln 25 A, 25B, die z.B. einen konzentrischen oder konfokalen Resonator ausbilden, gebildet wird. Die Mehrfachdurchgangszelle 5 (z.B. ein kon zentrische oder konfokaler Resonator) wird mehrfach unter Ausbildung einer Mehrzahl von Zwischenfokuszonen 29 durchlaufen, wobei die Mehrfachdurchgangszelle 5 mit einem Gas 4 gefüllt ist, das eine optische Nichtlinearität aufweist, die eine intensitätsabhängige Rotation einer Ausrichtung des elliptischen Polarisationszustands 17B der gepulsten Laserstrahlung 9 in den Zwischenfokuszonen 29 bewirkt. Entsprechend werden Strahlanteile mit unterschied lich ausgerichteten elliptischen Polarisationszuständen in der Mehrfachdurchgangszelle 5 er zeugt.

Im Schritt 75 erfolgt ein Auskoppeln der Strahlanteile mit unterschiedlich ausgerichteten ellip tischen Polarisationen aus der Mehrfachdurchgangszelle 5 und im Schritt 77 erfolgt ein Sepa rieren der ausgekoppelten Strahlanteile in einen Nutz-Strahlanteil 9A mit Primärlaserpulsen 1 G und einen Rest-Strahlanteil 9B mit niederintensiver Laserstrahlung.

Ferner kann gemäß der hierin offenbarten Vorgehensweise optional mindestens einer der fol genden Parameter zum Drehen der Ausrichtung eines der elliptischen Polarisationszustände in der Mehrfachdurchgangszelle 5 in einem vorausgehenden oder den Betrieb begleitenden Schritt 79 eingestellt werden:

- eine Pulsdauer At der Primärlaserpulse 11 der gepulsten Laserstrahlung 9,

- einer Pulsenergie der Primärlaserpulse 11 der gepulsten Laserstrahlung 9,

- eine Elliptizität des eingestellten elliptischen Polarisationszustands der gepulsten Laserstrah lung 9,

- Fokusdurchmesser d in den Zwischenfokuszonen 29,

- Rayleigh-Längen Lr der Zwischenfokuszonen 29,

- ein Gasdruck in den Zwischenfokuszonen 29 und - eine in der Mehrfachdurchgangszelle 5 akkumulierte Dispersion der Primärlaserpulse (11).

So kann beispielsweise ein Drehwinkel DQ von 90° für Primärlaserpulse 11 der gepulsten La serstrahlung 9 eingestellt werden

Zusammenfassend können die notwendigen nichtlinearen Bedingungen für eine NER zur Rei nigung der Laserstrahlung von niederenergetischen Beiträgen in einer als Herriott-Zelle aus gebildeten Mehrfachdurchgangszelle eingestellt werden. Wie erläutert erlauben es die hierin vorgeschlagenen optischen Systeme, dass im Wesentlichen sehr ähnliche (vergleichbare) Be dingungen der Nichtlinearität in den Zwischenfokuszonen der Mehrfachdurchlaufzelle vorge sehen werden können, beispielsweise aufgrund des vergleichbaren Gasdrucks und der ver gleichbaren Pulsdauern und Pulsenergien (und damit Pulsspitzenintensitäten) in den Zwi schenfokuszonen.

Überdies können die Pulsdauern und Pulsspitzenintensitäten ferner mit den angesprochenen dispersiven Spiegeln/Spiegelsegmenten zur Kompensation von (oft nur geringen) Pulsdauer verlängerungseffekten bei den einzelnen Durchläufen durch die Mehrfachdurchgangszelle ein gestellt werden. Insbesondere können bei der Verwendung von unterschiedlichen dispersiven Spiegelsegmenten zusätzliche Freiheiten für eine Dispersionskompensation und damit für eine Einstellung der Intensität in den Zwischenfokuszonen gewonnen werden.

Ferner ist es möglich, eine Sequenz von aufeinanderfolgenden Mehrfachdurchgangszellen nacheinander mit der Laserstrahlung zu durchlaufen. Dies erlaubt es, Gasbedingungen an die jeweils in den einzelnen Mehrfachdurchgangszellen vorliegenden Gruppen von Zwischenfo kuszonen differenziert einzustellen.

Es wird explizit betont, dass alle in der Beschreibung und/oder den Ansprüchen offenbarten Merkmale als getrennt und unabhängig voneinander zum Zweck der ursprünglichen Offenba rung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der beanspruchten Erfindung unabhängig von den Merkmalskombinationen in den Ausführungsformen und/oder den Ansprüchen angesehen werden sollen. Es wird explizit festgehalten, dass alle Bereichsangaben oder Angaben von Gruppen von Einheiten jeden möglichen Zwischenwert oder Untergruppe von Einheiten zum Zweck der ursprünglichen Offenbarung ebenso wie zum Zweck des Einschränkens der bean spruchten Erfindung offenbaren, insbesondere auch als Grenze einer Bereichsangabe.