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Patent Searching and Data


Title:
PULSE MODIFICATION APPARATUS COMPRISING A PASSIVE CONVERSION DEVICE FOR COMPENSATING FOR ENVIRONMENTAL INFLUENCES
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2023/285028
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a pulse modification apparatus (1) in the form of a pulse stretching apparatus for the dispersive stretching of laser pulses (2) or a pulse compression apparatus for the dispersive compression of laser pulses (2), comprising at least one dispersive optical element (3, 3') for angle separation and the combination of spectral components (7) of the laser pulses (2), and a tuning device (4') for tuning the dispersion of the pulse modification apparatus (1) by influencing the spectral components (7). The pulse modification apparatus (1) further comprises at least one passive sensor element (5) having an output variable (A) that depends on at least one environmental parameter (U), and a passive conversion device (6) for converting a change (dA) in the output variable provided by the at least one passive sensor element (5) into a change (dS) in the tuning variable for the tuning device (4') in order to compensate for a change in the dispersion of the pulse modification apparatus (1) and/or at least one additional pulse stretching apparatus (25) and/or at least one additional pulse compression apparatus (26), said change in dispersion resulting from a change in the at least one environmental parameter (U).

Inventors:
ENZMANN ANDREAS (DE)
Application Number:
PCT/EP2022/065251
Publication Date:
January 19, 2023
Filing Date:
June 03, 2022
Export Citation:
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Assignee:
TRUMPF LASER GMBH (DE)
International Classes:
H01S3/00; H01S3/10
Foreign References:
EP3578287A12019-12-11
JPH02116183A1990-04-27
DE102011016442A12012-10-11
EP3578287A12019-12-11
US7822347B12010-10-26
Other References:
F. JANSEN ET AL.: "Pulsed Lasers for Industrial Applications", LASER TECHNIK JOURNAL, vol. 2, 2018, pages 46
Attorney, Agent or Firm:
TRUMPF PATENTABTEILUNG (DE)
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Claims:
Patentansprüche

1. Pulsmodifikationsvorrichtung (1 ) in Form einer Pulsstreckungsvorrichtung zur dispersiven Streckung von Laserpulsen (2) oder einer Pulskompressionsvor richtung zur dispersiven Kompression von Laserpulsen (2) mit

- mindestens einem dispersiven optischen Element (3,3‘) zur Winkelsepara tion und Zusammenführung von Spektralkomponenten (7) der Laserpulse (2) und

- einer Stelleinrichtung (4‘) zur Einstellung der Dispersion der Pulsmodifikati onseinrichtung (1) übereine Beeinflussung der Spektralkomponenten (7), gekennzeichnet durch

- mindestens ein passives Sensorelement (5) mit einer Ausgangsgröße (A), die von mindestens einem Umgebungsparameter (U) abhängt, und

- eine passive Umsetzungseinrichtung (6) zur Umsetzung einer Ausgangs größenänderung (dA) des mindestens einen passiven Sensorelements (5) in eine Stellgrößenänderung (dS) der Stelleinrichtung (4‘), um eine Verän derung der Dispersion der Pulsmodifikationsvorrichtung (1) und/oder min destens einerweiteren Pulsstreckungsvorrichtung (25) und/oder mindes tens einerweiteren Pulskompressionsvorrichtung (26) zu kompensieren, die aus einer Veränderung des mindestens einen Umgebungsparameters (U) resultiert.

2. Pulsmodifikationsvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (4‘) ein planparalleles transmissives optisches Element (4) umfasst, das so angeordnet ist, dass die winkelseparierten Spektralkompo nenten (7) der Laserpulse (2) durch dieses hindurchtreten und einen einfalls winkelabhängigen Parallelversatz erfahren, wobei die Dispersion der Pulsmo difikationsvorrichtung (1) über eine Drehung (9) des planparallelen transmissi- ven optischen Elements (4) einstellbar ist und die Stellgrößenänderung (dS) einem Drehwinkel (da) des planparallelen transmissiven optischen Elements

(4) entspricht.

3. Pulsmodifikationsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass es sich bei der Ausgangsgröße (A) des passiven Sensorelements

(5) oder mindestens eines der passiven Sensorelemente (5) um eine Länge (L) handelt.

4. Pulsmodifikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei der passiven Sensorelemente (5) in Reihe miteinander verbunden sind, wodurch sich ihre Ausgangsgrößen änderungen (dA), insbesondere ihre Längenänderungen (dL), addieren.

5. Pulsmodifikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die passive Umsetzungseinrichtung (6) ein me chanisches Getriebe, bevorzugt ein Gestänge ist.

6. Pulsmodifikationsvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Gelenk des mechanischen Getriebes bzw. des Gestänges ein Festkörpergelenk ist.

7. Pulsmodifikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die passive Umsetzungseinrichtung (6) gemäß einer experimentell bestimmten Kalibrationskurve ausgelegt ist, welche die Veränderung des mindestens einen Umgebungsparameters (U) in Relation zur Veränderung der Dispersion der Pulsmodifikationsvorrichtung (1) und/oder der mindestens einen weiteren Pulsstreckungsvorrichtung (25) und/oder der mindestens einen weiteren Pulskompressionsvorrichtung (26) setzt.

8. Pulsmodifikationsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch ge kennzeichnet, dass die passive Umsetzungseinrichtung (6) gemäß einer ma thematischen Beziehung der Form dß2 = F (ß3, ß4 ßm, w0, dn) zwischen einer Veränderung (dn) eines Brechungsindex (n) innerhalb der Pulsmodifikationsvorrichtung (1) und/oder innerhalb der mindestens einen wei teren Pulsstreckungsvorrichtung (25) und/oder innerhalb der mindestens einen weiteren Pulskompressionsvorrichtung (26), welche aus der Veränderung des mindestens einen Umgebungsparameters (U) resultiert, und der dadurch be dingten Veränderung ( dß2 ) der Gruppenverzögerungsdispersion ( ß2 ) sowie der Dispersion höherer Ordnung ( ß34 ßm) und der Zentralfrequenz (w0) der Laserpulse (2) ausgelegt ist.

9. Pulsmodifikationsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mathematische Beziehung die Folgende ist: dß2 = b3w0άh.

10. Pulsmodifikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgrößenänderung (dS), insbesondere der Drehwinkel (da) des planparallen transmissiven optischen Elements (4), zumindest näherungsweise proportional zu der Ausgangsgrößenänderung (dA), insbesondere zu der Längenänderung (dL), des mindestens einen passi ven Sensorelements (5) ist.

11. Pulsmodifikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder einer der Umgebungsparameter (U) ein Umgebungsdruck ist.

12. Pulsmodifikationsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das passive Sensorelement (5) oder mindestens eines der passiven Sensorel emente (5) eine Druckmessdose (10), bevorzugt eine Absolutdruckmessdose umfasst.

13. Pulsmodifikationsvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der oder einer der Umgebungsparameter (U) eine Temperatur ist.

14. Pulsmodifikationsvorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das passive Sensorelement (5) oder mindestens eines der passiven Sensorelemente (5) ein Bimetallelement oder einen Bestandteil, insbesondere einen Stab, umfasst, welcher einen größeren Ausdehnungskoeffizienten als die Bestandteile der passiven Umsetzungseinrichtung (6), insbesondere als die Stäbe des Gestänges, aufweist.

15. Chirped-Pulse-Amplification-System (18) zur Verstärkung von Laserpulsen (2), umfassend: - eine oder mehrere Pulsstreckungsvorrichtungen (19) zur dispersiven Stre ckung der Laserpulse (2),

- eine Pulsverstärkungseinrichtung (20) zur Verstärkung der gestreckten La serpulse (23) und

- eine oder mehrere Pulskompressionsvorrichtungen (21 ,22) zur dispersiven Kompression der verstärkten Laserpulse (24), wobei es sich bei der oder mindestens einer der Pulsstreckungsvorrichtungen (19) und/oder der oder mindestens einer der Pulskompressionsvorrichtungen (21,22) um eine Pulsmodifikationsvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü che handelt.

Description:
Pulsmodifikationsvorrichtunq mit einer passiven Umsetzunqseinrichtunq zur Kom pensation von Umgebungseinflüssen Die Erfindung betrifft eine Pulsmodifikationsvorrichtung in Form einer Pulsstre ckungsvorrichtung zur dispersiven Streckung von Laserpulsen oder einer Pulskom pressionsvorrichtung zur dispersiven Kompression von Laserpulsen. Die Erfindung betrifft ferner ein Chirped-Pulse-Amplification-System. Laserpulse, insbesondere ultrakurze Laserpulse, also Laserpulse mit Pulsdauern im Pikosekundenbereich und darunter, finden auf zahlreichen Gebieten der Technik An wendung, beispielsweise in der Materialbearbeitung einschließlich dem Laserschwei ßen und dem Laserschneiden. Eine wichtige Größe in der Beschreibung von Laser pulsen ist die Phase des elektrischen Feldes der Laserpulse im Frequenzraum, die sogenannte spektrale Phase. Unterschieden werden kann damit zwischen un- gechirpten Laserpulsen, die eine spektrale Phase aufweisen, die konstant ist oder li near von der Frequenz abhängt, und gechirpten Laserpulsen, deren spektrale Phase eine komplexere Frequenzabhängigkeit aufweist. Vereinfacht gesagt eilen in einem gechirpten Laserpuls bestimmte Spektralanteile, beispielsweise niederfrequentere, anderen Spektralanteilen, beispielsweise höherfrequenteren, voraus. Ungechirpte Laserpulse zeichnen sich durch eine minimale Pulsdauer bei gegebener spektraler Breite aus.

Die Eigenschaften von Laserpulsen können mittels Vorrichtungen, die sich auf die einzelnen Spektralanteile der Laserpulse unterschiedlich auswirken, die also disper- siv sind, insbesondere mittels Vorrichtungen, welche die spektrale Phase verändern, gezielt beeinflusst werden. Im Allgemeinen erwünscht sind hohe Pulsqualitäten, kurze Pulsdauern und hohe Pulsintensitäten. Von besonderer Bedeutung sind Puls streckungsvorrichtungen zur dispersiven Streckung von Laserpulsen und Pulskom pressionsvorrichtungen zur dispersiven Kompression von Laserpulsen. Mittels Puls streckungsvorrichtungen können ungechirpte und gechirpte Laserpulse zeitlich ge streckt werden. Die resultierenden zeitlich gestreckten Laserpulse sind dann gechirpt bzw. stärker gechirpt. Mittels Pulskompressionsvorrichtungen können gechirpte La serpulse zeitlich komprimiert werden. Die resultierenden zeitlich komprimierten La serpulse sind dann weniger stark gechirpt oder ungechirpt.

Pulsstreckungs- und Pulskompressionsvorrichtungen werden häufig in Kombination miteinander eingesetzt. Beispielsweise sind in einem sogenannten Chirped-Pulse- Amplification-System mindestens eine Pulsstreckungsvorrichtung, mindestens eine Pulskompressionsvorrichtung und eine Pulsverstärkungseinrichtung integriert. In Kombination mit einem Seed-Laser dient ein Chirped-Pulse-Amplification-System zur Erzeugung ultrakurzer Laserpulse mit höchsten Pulsintensitäten. Laserpulse des Seed-Lasers, beispielsweise eines Faserlasers, werden dabei zunächst mittels der mindestens einen Pulsstreckungsvorrichtung zeitlich gestreckt. Die gestreckten La serpulse werden anschließend in der Verstärkungseinrichtung, beispielsweise in ei nem Faserverstärker, verstärkt. Nach der Verstärkung werden die verstärkten Laser pulse mittels der mindestens einen Pulskompressionsvorrichtung zeitlich wieder komprimiert. Ohne die zeitliche Streckung vor der Verstärkung würde in Folge der hohen Intensität und damit einhergehender nichtlinearer Effekte das Verstärkerme dium der Verstärkungseinrichtung beschädigt oder zerstört und die Pulseigenschaf ten beeinträchtigt werden. Weitere Details zum Aufbau von Ultrakurzpulslasern mit einem Seed-Laser und einem Chirped-Pulse-Amplification-System finden sich bei spielsweise in dem Artikel „Pulsed Lasers for Industrial Applications“ von F. Jansen etal., Laser Technik Journal 2, 46 (2018).

Pulsstreckungs- und Pulskompressionsvorrichtungen sind häufig als Freistrahlein richtungen aufgebaut, was bedeutet, dass die Laserpulse bzw. deren Spektralkom ponenten zumindest teilweise durch Luft oder eine andere Gasatmosphäre propagie ren. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn hohe Intensitäten auftreten und/ oder hohe Streckfaktoren erzielt werden sollen. Zu dieser Bauform zählen Gitter- und Prismenstrecker bzw. Gitter- und Prismenkompressoren, in welchen mindestens ein Gitter bzw. Prisma zur Auftrennung und Zusammenführung der einzelnen Spektral komponenten dient. Die aufgetrennten Spektralkomponenten weisen unterschied liche Laufzeiten in den Streckern bzw. Kompressoren auf, bevor diese erneut zusam mengeführt werden, was zur gewünschten zeitlichen Streckung bzw. Komprimierung führt.

Die Dispersion einer Pulsstreckungs- bzw. Pulskompressionsvorrichtung kann ma thematisch über die akkumulierte spektrale Phase, f(w), der Laserpulse bei der Pro pagation durch die Pulsstreckungs- bzw. Pulskompressionsvorrichtung beschrieben werden. Die Charakterisierung der Pulsstreckungs- bzw. Pulskompressionsvorrich tung erfolgt dabei typischerweise über die Koeffizienten, ß einer Taylor-Entwicklung in der Kreisfrequenz, w, um die Zentralfrequenz, w 0 , der Laserpulse. Von Bedeutung ist insbesondere die Gruppenverzögerungsdispersion, ß 2 , die das zeitliche Auseinan derlaufen bzw. Zusammenlaufen der Laserpulse in niedrigster Ordnung beschreibt. Bei hochdispersiven Pulsstreckungs- und Pulskompressionsvorrichtungen spielen aber auch die höheren Ordnungen, insbesondere die Dispersion dritter Ordnung, ß 3 , eine Rolle.

Im Stand der Technik werden ferner Einrichtungen zur Einstellung der Dispersion ei ner Pulsstreckungs- und/oder Pulskompressionsvorrichtung oder einer Vorrichtung mit einer Pulsstreckungs- und/oder einer Pulskompressionsvorrichtung beschrieben. Eine genaue Einstellung der Dispersion ist wichtig, um eine möglichst hohe Pulsqua lität, insbesondere eine möglichst kurze Pulsdauer, zu erzielen. Insbesondere kön nen damit auch Veränderungen der Umgebung, die sich auf die Pulsstreckungs und/oder Pulskompressionsvorrichtung auswirken, kompensiert werden. Die Einstel lung der Dispersion erfolgt dabei anhand einer Messung mindestens einer Pulseigen schaft der Laserpulse.

So ist in der EP 3578287 A1 ein Lasersystem mit einer Laserpulsquelle und einer Dispersionsanpassungseinheit zur Pulsstreckung oder Pulskompression von Laser pulsen mit einer Anordnung mit mindestens einem dispersiven Element zur Erzeu gung von Winkeldispersion und einer im Winkeldispersionsbereich angeordneten op tischen Einheit beschrieben. Die optische Einheit umfasst eine die Laserpulse trans- mittierende, planparallele optische Platte, die einen eintrittswinkelabhängigen Paral lelversatz der einzelnen Spektralkomponenten der Laserpulse bewirkt. Eine Drehung der optischen Platte beeinflusst die Dispersionseigenschaften der Dispersionsanpas sungseinheit. Insbesondere kann durch eine Drehung der optischen Platte die Puls dauer der Laserpulse in einem Ausgangsstrahl des Lasersystems eingestellt werden. In einem Beispiel umfasst das Lasersystem ferner eine Pulsdauermessvorrichtung und eine Steuerungseinheit. Die Pulsdauermessvorrichtung dient der Ausgabe eines pulsdauerabhängigen Messsignals an die Steuerungseinheit. Die Steuerungseinheit dient der Ansteuerung einer Winkeleinstellvorrichtung zur Einstellung einer Winkel stellung der optischen Platte in Abhängigkeit der Pulsdauermessung.

In der US 7,822,347 ist weiter ein Chirped-Pulse-Amplification-System mit einem Pul serzeuger, einem Pulsstrecker, einem Pulsverstärker und einem Pulskompressor, sowie einem Einstellelement und einer Pulsmesseinrichtung beschrieben. Das Ein stellelement ist geeignet, die Gruppengeschwindigkeitsdispersion des Chirped-Pulse- Amplification-Systems einzustellen und die Pulsdauer der komprimierten Pulse zu re geln. Mittels des Einstellelements kann entweder die Dispersion eines der bereits vorhandenen Elemente des Chirped-Pulse-Amplification-Systems, beispielsweise des Pulsstreckers oder des Pulskompressors, eingestellt werden oder es handelt sich um ein zusätzliches dispersives Element im Chirped-Pulse-Amplification-Sys- tem. Die Pulsmesseinrichtung ist geeignet, mindestens eine Pulseigenschaft der komprimierten Pulse beispielsweise über Multiphotonendetektion, einen Autokorrela tor oder über ein FROG- (Frequency-Resolved Optical Gating) System zu messen. Das Einstellelement ist ferner ausgebildet, auf ein Ausgangssignal der Pulsmessein richtung zu reagieren. In einem Beispiel dient das Einstellelement dazu, Veränderun gen der Dispersion zu kompensieren, die auf Veränderungen der Umgebung oder der optischen Weglänge von Freistrahlelementen zurückzuführen sind. In weiteren Beispielen ist das Einstellelement ausgebildet, ein Faser-Bragg-Gitter mit einem Temperaturgradienten oder einem Dehnungsgradienten zu beaufschlagen.

Bekannte Pulsmesseinrichtungen, Winkeleinstellvorrichtungen und Steuerungsein heiten, einschließlich der oben genannten, haben jedoch in der Regel einen relativ komplexen Aufbau und sind verhältnismäßig teuer.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, eine Pulsmodifikationsvorrichtung in Form einer Pulsstreckungsvorrichtung oder einer Pulskompressionsvorrichtung be reitzustellen, bei der die austretenden Laserpulse unabhängig von mindestens einem Umgebungsparameter gleichbleibende Pulseigenschaften aufweisen und die sich gleichzeitig durch einen einfachen und kostengünstigen Aufbau auszeichnet.

Diese Aufgabe wird gemäß einem ersten Aspekt gelöst durch eine Pulsmodifikations vorrichtung in Form einer Pulsstreckungsvorrichtung zur dispersiven Streckung von Laserpulsen oder einer Pulskompressionsvorrichtung zur dispersiven Kompression von Laserpulsen mit mindestens einem dispersiven optischen Element zur Winkelse paration und Zusammenführung von Spektralkomponenten der Laserpulse und einer Stelleinrichtung zur Einstellung der Dispersion der Pulsmodifikationseinrichtung über eine Beeinflussung der Spektralkomponenten sowie mindestens einem passiven Sensorelement mit einer Ausgangsgröße, die von mindestens einem Umgebungspa rameter abhängt, und einer passiven Umsetzungseinrichtung zur Umsetzung einer Ausgangsgrößenänderung des mindestens einen passiven Sensorelements in eine Stellgrößenänderung der Stelleinrichtung, um eine Veränderung der Dispersion der Pulsmodifikationsvorrichtung und/oder mindestens einerweiteren Pulsstreckungsvor richtung und/oder mindestens einerweiteren Pulskompressionsvorrichtung zu kom pensieren, die aus einer Veränderung des mindestens einen Umgebungsparameters resultiert. Durch diese Kompensation weisen die austretenden Laserpulse unabhängig von dem mindestens einen Umgebungsparameter gleichbleibende Pulseigenschaften auf.

Propagieren die Laserpulse zusätzlich zur Pulsmodifikationsvorrichtung auch durch eine oder mehrere weitere Pulsstreckungsvorrichtungen und/oder eine oder mehrere weitere Pulskompressionsvorrichtungen, kann statt oder zusätzlich zur Veränderung der Dispersion der Pulsmodifikationsvorrichtung auch die Veränderung der Disper sion der oder mindestens einer der mehreren weiteren Pulsstreckungsvorrichtungen und/oder der mindestens oder mindestens einer der mehreren weiteren Pulskom pressionsvorrichtungen kompensiert werden. Eine beispielhafte Anwendung sind Chirped-Pulse-Amplification-Systeme. Bevorzugt ist die Pulsmodifikationsvorrichtung ausgebildet, die kumulierte Dispersion zu kompensieren. Die weiteren Pulsstre- ckungs- und/oder Pulskompressionsvorrichtungen können im Strahlengang der La serpulse vor und/oder nach der Pulsmodifikationsvorrichtung angeordnet sein.

Die Pulsmodifikationsvorrichtung ist als Freistrahleinrichtung ausgebildet. Bei Frei- strahl-Pulsstreckungsvorrichtungen und Freistrahl-Pulskompressionsvorrichtungen führt eine Veränderung des mindestens einen Umgebungsparameters insbesondere zu einer Veränderung des Brechungsindex der Luft bzw. der Gasatmosphäre, welche wiederum zu einer Veränderung der Dispersion führt.

Bei dem mindestens einen dispersiven optischen Element handelt es sich beispiels weise um mindestens ein Beugungsgitter oder mindestens ein Prisma. Die separier ten Spektralkomponenten der Laserpulse weisen unterschiedliche Laufzeiten auf, be vor diese wieder zusammengeführt werden, was zur gewünschten zeitlichen Kom pression bzw. zeitlichen Streckung der Laserpulse führt.

Im Fall eines einzelnen passiven Sensorelements kann dieses eine Ausgangsgrö ßenänderung bei einer Veränderung nur eines Umgebungsparameters oder bei einer Veränderung mehrerer Umgebungsparameter zeigen. Im Fall mehrerer passiver Sensorelemente gilt dies entsprechend für jedes der passiven Sensorelemente. Die passive Umsetzungseinrichtung setzt die Ausgangsgrößenänderung in eine Stellgrößenänderung um, wobei die bewirkte Stellgrößenänderung gerade zu einer Kompensation der Veränderung der Dispersion führt, die aus der Veränderung des mindestens einen Umgebungsparameters resultiert.

Unter einer passiven Umsetzungseinrichtung wird hier insbesondere eine Umset zungseinrichtung verstanden, die keine aktiven Elemente, also beispielsweise keinen Motor, keine zusätzlichen Energiequellen und keine Elektronik benötigt. Entspre chend gilt dies für das passive Sensorelement. In der Folge ist die Pulsmodifikations vorrichtung relativ einfach und kostengünstig aufgebaut sowie einfach zu warten oder sogar wartungsfrei.

In einer Ausführungsform umfasst die Stelleinrichtung ein planparalleles transmissi- ves optisches Element, das so angeordnet ist, dass die winkelseparierten Spektral komponenten der Laserpulse durch dieses hindurchtreten und einen einfallswinkel abhängigen Parallelversatz erfahren, wobei die Dispersion der Pulsmodifikationsvor richtung über eine Drehung des planparallelen transmissiven optischen Elements einstellbar ist und die Stellgrößenänderung einem Drehwinkel des planparallelen transmissiven optischen Elements entspricht. Bei dem planparallelen transmissiven optischen Element kann es sich beispielweise um ein Glasplättchen handeln. Durch die Drehung des planparallelen transmissiven optischen Elements um den Drehwin kel verändert sich der Strahlengang der Spektralkomponenten, was sich auf die Dis persion der Pulsmodifikationsvorrichtung auswirkt. Details zur Einstellung der Disper sion mittels einer Drehung des planparallelen transmissiven optischen Elements fin den sich in der EP 3578287 A1 , deren Inhalt hiermit vollumfänglich in die vorlie gende Anmeldung aufgenommen wird. Insbesondere ist dort der genaue Zusammen hang zwischen dem Drehwinkel und der Gruppenverzögerungsdispersion dargelegt.

Die Stelleinrichtung kann alternativ auch eine Multikeilanordnung, insbesondere eine Doppelkeilanordnung, umfassen, die so angeordnet ist, dass die winkelseparierten Spektralkomponenten durch diese hindurchtreten, wobei die Dispersion der Pulsmo difikationsvorrichtung über eine Verschiebung mindestens eines Keiles der Multi keilanordnung und/oder eine Drehung der Multikeilanordnung einstellbar ist. Bei ei ner Doppelkeilanordnung beziehungsweise Multikeilanordnung handelt es sich um eine optische Anordnung aus zwei beziehungsweise mehr als zwei Keilen. Unter Kei len werden hier keilförmige transmissive optische Elemente verstanden. Bei der Stellgrößenänderung handelt es sich in diesem Fall typischerweise um einen Ver schiebungsweg des mindestens einen Keils und/oder einen Drehwinkel der Multi keilanordnung. Über eine Verschiebung eines Keiles einer Doppelkeilanordnung kann insbesondere eine Dicke der Doppelkeilanordnung variiert werden. Dies führt zu einer Einsteilbarkeit der Dispersion der Pulsmodifikationsvorrichtung, da die Spektralkomponenten beim Hindurchtreten durch die Doppelkeilanordnung einen einfallswinkelabhängigen Strahlversatz erfahren, der von der Dicke der Doppelkeilan ordnung abhängig ist. Weitere Details zur Einstellung der Dispersion einer Pulsstre- ckungs- bzw. Pulskompressionseinrichtung mittels derartiger Multikeilanordnungen finden sich ebenfalls in der EP 3578287 A1.

In einerweiteren Ausführungsform handelt es sich bei der Ausgangsgröße des passi ven Sensorelements oder mindestens eines der passiven Sensorelemente um eine Länge. Unter der Länge wird hier die Abmessung des passiven Sensorelements oder eines Teils des passiven Sensorelements entlang einer beliebigen Raumrichtung verstanden. Alternativ oder zusätzlich kann es sich bei der Ausgangsgröße auch um eine Orientierung des passiven Sensorelements oder eines Teils des passiven Sen sorelements handeln. Insbesondere kann die Ausgangsgrößenänderung in einer Verschiebung oder einer Drehung oder einer Überlagerung aus einer Verschiebung und einer Drehung resultieren.

In einerweiteren Ausführungsform sind mindestens zwei der passiven Sensorele mente in Reihe miteinander verbunden, wodurch sich ihre Ausgangsgrößenänderun gen, insbesondere ihre Längenänderungen, addieren. Beispielweise können passive Sensorelemente in Reihe miteinander verbunden werden, die eine Ausgangsgrö ßenänderung bei einer Veränderung des gleichen Umgebungsparameters zeigen. Durch die Addition der Ausgangsgrößenänderungen, insbesondere der Längenände rungen, resultiert eine gegebene Veränderung des Umgebungsparameters in einem stärkeren Signal, insbesondere in einem größeren mechanischen Hub. Die passive Umsetzungseinrichtung kommt mit kleineren Hebeln aus. Das Signal-Rausch-Ver- hältnis wird besser. Insgesamt wird die Kompensation genauer und zuverlässiger. In einer weiteren Ausführungsform ist die passive Umsetzungseinrichtung ein me chanisches Getriebe, bevorzugt ein Gestänge. Ein mechanisches Getriebe ist eine Einrichtung zur Übertragung von Bewegungen und Kräften durch starre Bauteile, bei spielsweise Zahnräder, Zahnstangen, Ketten, oder Riemen. Die passive Umset zungseinrichtung kann insbesondere auch eine sogenannte Übertragungskette um fassen. Ein Gestänge ist eine Einrichtung aus zwei oder mehreren miteinander über Gelenke oder fest verbundenen Stäben, die der Übertragung von Kräften und Bewe gungen dient.

In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist mindestens ein Gelenk des me chanischen Getriebes bzw. des Gestänges ein Festkörpergelenk. Festkörpergelenke haben den Vorteil, reibungsfrei oder äußerst reibungsarm zu sein. Die Ausgangsgrö ßenänderung kann damit zuverlässiger und genauer in die entsprechende Stellgrö ßenänderung, insbesondere in die Drehung des planparallelen transmissiven opti schen Elements um den entsprechenden Drehwinkel, umgesetzt werden. Der typi scherweise begrenzte Bewegungsbereich von Festkörpergelenken stellt für die vor liegende Anwendung keine relevante Einschränkung dar.

In einer weiteren Ausführungsform ist die passive Umsetzungseinrichtung gemäß ei ner experimentell bestimmten Kalibrationskurve ausgelegt, welche die Veränderung des mindestens einen Umgebungsparameters in Relation zur Veränderung der Dis persion der Pulsmodifikationsvorrichtung und/oder der mindestens einen weiteren Pulsstreckungsvorrichtung und/oder der mindestens einen weiteren Pulskompressi onsvorrichtung setzt. Aus einer solchen Kalibrationskurve und dem bekannten Zu sammenhang zwischen der Stellgrößenänderung, insbesondere dem Drehwinkel, und der dadurch bedingten Anpassung der Dispersion ergibt sich eine Beziehung zwischen der Veränderung des mindestens einen Umgebungsparameter und dem Wert der Stellgrößenänderung, der zur Kompensation der Veränderung der Disper sion der Pulsmodifikationsvorrichtung führt.

In einer weiteren Ausführungsform ist die passive Umsetzungseinrichtung gemäß ei ner mathematischen Beziehung der Form dß 2 = F (ß 3 , ß 4 ß m , w 0 , dn) zwischen einer Veränderung, d n, eines Brechungsindex innerhalb der Pulsmodifikati onsvorrichtung und/oder innerhalb der mindestens einen weiteren Pulsstreckungs vorrichtung und/oder innerhalb der mindestens einen weiteren Pulskompressionsvor richtung, welche aus der Veränderung des mindestens einen Umgebungsparameters resultiert, und der dadurch bedingten Veränderung, dß 2 , der Gruppenverzögerungs dispersion sowie der Dispersion höherer Ordnung ( ß 3 4 ß m ) und der Zentralfre quenz (w 0 ) der Laserpulse (2) der Pulsmodifikationsvorrichtung ausgelegt. Die Erfin der haben herausgefunden, dass sich bei Pulsmodifikationsvorrichtungen in Form von Freistrahleinrichtungen die Veränderung der Gruppenverzögerungsdispersion näherungsweise über mathematische Beziehungen der angegebenen Form be schreiben lässt. Aus einem bekannten Zusammenhang zwischen dem mindestens einen Umgebungsparameter und dem Brechungsindex, im Fall von Luft beispiels weise aus der Edlen-Formel, ergibt sich nun eine Beziehung zwischen der Verände rung des mindestens einen Umgebungsparameters und der Veränderung der Grup penverzögerungsdispersion. Da weiter der Zusammenhang zwischen der Stellgrö ßenänderung, insbesondere dem Drehwinkel des planparallen transmissiven opti schen Elements, und der Veränderung der Gruppenverzögerungsdispersion bekannt ist, ergibt sich insgesamt eine Beziehung zwischen der Veränderung des mindestens einen Umgebungsparameters und der zur Kompensation führenden Stellgrößenän derung. Eine entsprechende Auslegung der passiven Umsetzungseinrichtung erlaubt eine weitgehende oder sogar vollständige Kompensation der Veränderung der Dis persion, ohne dass die Pulsdauer oder eine andere Pulseigenschaft gemessen wer den muss.

In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform ist die mathematische Beziehung die Folgende: dß 2 = b 3 w 0 άh. Die angegebene mathematische Beziehung beschreibt die Veränderung der Gruppenverzögerungsdispersion bei einer gegebenen Veränderung des Brechungsindex in vielen Fällen in zumindest guter Näherung. Von den höheren Ordnungen der Dispersion geht lediglich die Dispersion dritter Ordnung, ß 3 , in die mathematische Beziehung ein.

In einer weiteren Ausführungsform ist die Stellgrößenänderung, insbesondere der Drehwinkel des planparallen transmissiven optischen Elements, zumindest nähe- rungsweise proportional zu der Ausgangsgrößenänderung, insbesondere zu der Län genänderung, des mindestens einen passiven Sensorelements. Die Veränderung des Brechungsindex ist zumindest in guter Näherung typischerweise proportional zur Veränderung des mindestens einen Umgebungsparameters, beispielsweise im Fall der Edlen-Formel. Selbiges gilt für typische Ausgangsgrößenänderungen, insbeson dere Längenänderungen von passiven Sensorelementen in Abhängigkeit der Verän derung des mindestens einen Umgebungsparameters und die Veränderung der Gruppenverzögerungsdispersion in Abhängigkeit der Stellgrößenänderung, insbe sondere des Drehwinkels. Folglich ist die passive Umsetzungseinrichtung bevorzugt so auszulegen, dass diese eine Stellgrößenänderung bewirkt, die proportional zur Ausgangsgrößenänderung ist. Insbesondere ist die passive Umsetzungseinrichtung bevorzugt so auszulegen, dass diese eine Drehung des planparallelen transmissiven optischen Elements um einen Drehwinkel bewirkt, der proportional zu der Längenän derung bzw. den Längenänderungen des passiven Sensorelements bzw. der passi ven Sensorelemente ist. Aus den genannten Beziehungen ergibt sich außerdem der Proportionalitätsfaktor, der zu einer Kompensation der Veränderung der Dispersion führt.

In einer weiteren Ausführungsform ist der oder einer der Umgebungsparameter ein Umgebungsdruck. Der Umgebungsdruck ist insbesondere wetterabhängig, wodurch er ständigen Schwankungen unterliegt. Der Umgebungsdruck hat einen relativ star ken Einfluss auf den Brechungsindex, wodurch er sich verhältnismäßig stark auf die Dispersion von Freistrahleinrichtungen auswirkt. Die Kompensation von Veränderun gen der Dispersion, die aus einer Veränderung des Umgebungsdrucks resultieren, ist damit besonders wichtig.

In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform umfasst das passive Sensorelement oder mindestens eines der passiven Sensorelemente eine Druckmessdose, bevor zugt eine Absolutdruckmessdose. Druckmessdosen umfassen typischerweise zwei miteinander verbundene Membranen, die sich druckdifferenzabhängig deformieren.

Im Fall von Absolutdruckmessdosen ist der Zwischenraum zwischen den Membra nen evakuiert. Dies hat den Vorteil, dass diese unempfindlich gegenüber schwanken den Umgebungstemperaturen sind. In einer weiteren Ausführungsform ist der oder einer der Umgebungsparameter eine Temperatur. Durch eine Veränderung der Temperatur ergibt sich zum einen eine Veränderung des Brechungsindex. Weiter kann es aber auch zur einer thermischen Ausdehnung von Komponenten der Pulsmodifikationsvorrichtung, beispielsweise ei ner oder mehrerer Grundplatten, kommen. Auch kann sich die Temperatur auf die Gitterperiode von Beugungsgittern auswirken.

In einer Weiterbildung dieser Ausführungsform umfasst das passive Sensorelement oder mindestens eines der passiven Sensorelemente ein Bimetallelement oder einen Bestandteil, insbesondere einen Stab, welcher einen größeren Ausdehnungskoeffi zienten als die Bestandteile der passiven Umsetzungseinrichtung, insbesondere als die Stäbe des Gestänges, aufweist. Um durch thermische Schwankungen bedingte Dispersionsänderungen, insbesondere Pulsdaueränderungen, zu kompensieren, können gezielt Materialien mit unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffi zienten eingesetzt werden. Beispielsweise kann mindestens ein Stab der passiven Umsetzungseinrichtung aus Invar oder Titan gefertigt sein, die sich durch einen sehr kleinen Wärmeausdehnungskoeffizienten auszeichnen. Das passive Sensorelement kann hingegen beispielweise einen Stab aus Aluminium umfassen, der bei einer Temperaturänderung eine deutlich größere Längenänderung zeigt.

Das passive Sensorelement kann beispielsweise auch eine Platte oder ein anderes Bauteil umfassen, die bzw. das mit einer Grundplatte der Pulsmodifikationsvorrich tung verbunden ist und sich bei einer Veränderung der Umgebungstemperatur aus dehnt (oder zusammenzieht). Durch eine solche Ausgangsgrößenänderung kann sich beispielsweise ein Gelenkpunkt des Gestänges verschieben, wodurch es zu ei ner Anpassung der Stellgröße kommt.

Bimetallelemente bestehen aus zwei miteinander verbundenen Metallschichten, die sich in ihren Wärmeausdehnungskoeffizienten unterscheiden. Bei einer Tempera turänderung kommt es daher zu einer Biegung des Bimetallelements, welche die Ausgangsgrößenänderung des passiven Sensorelements bedingt.

Mittels mindestens eines passiven Sensorelements in Form mindestens einer teileva kuierten Druckdose können sowohl Veränderungen des Umgebungsdrucks als auch Veränderungen der Umgebungstemperatur kompensiert werden. Der Druck inner halb der teilevakuierten Druckmessdose ist dafür geeignet zu wählen. Um den glei chen mechanischen Hub bei einer gegebenen Veränderung des Umgebungsdrucks zu erzielen, ist beim Einsatz teilevakuierter Druckmessdosen im Vergleich zum Ein satz von Absolutdruckmessdosen eine größere Anzahl von Druckmessdosen not wendig.

Die eingangs genannte Aufgabe wird gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung gelöst durch ein Chirped-Pulse-Amplification-System zur Verstärkung von Laserpul sen, umfassend eine oder mehrere Pulsstreckungsvorrichtungen zur dispersiven Streckung der Laserpulse, eine Pulsverstärkungseinrichtung zur Verstärkung der ge streckten Laserpulse und eine oder mehrere Pulskompressionsvorrichtungen zur dis persiven Kompression der verstärkten Laserpulse, wobei es sich bei der oder min destens einer der Pulsstreckungsvorrichtungen und/oder der oder mindestens einer der Pulskompressionsvorrichtungen um eine Pulsmodifikationsvorrichtung wie oben beschrieben handelt. Anders als in konventionellen Chirped-Pulse-Amplification-Sys- temen bleiben die Pulsparameter der austretenden Laserpulse in einem solchen Chirped-Pulse-Amplification-System unabhängig von dem mindestens einen Umge bungsparameter konstant. Insbesondere kann die Pulsdauer der austretenden Laser pulse auch im Fall von Druckschwankungen konstant gehalten werden.

Prinzipiell kann, um die Pulseigenschaften, insbesondere die Pulsdauer, der Laser pulse eines Chirped-Pulse-Amplification-Systems zu stabilisieren, auch der Abstand der dispersiven optischen Elemente nachgeführt bzw. nachjustiert werden. Dies ist jedoch aufwendiger und teurer als die Kompensation über die Drehung des planpa rallelen transmissiven optischen Elements oder über die Verschiebung des mindes tens einen Keils der Doppelkeilanordnung.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein. Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden nachfolgend erläutert. In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen jeweils glei che oder entsprechende Merkmale. Es zeigen:

Fign. 1a, 1b schematische Darstellungen einer Pulsmodifikationsvorrichtung in Form einer Pulskompressionsvorrichtung mit zwei dispersiven optischen Ele menten, einer Stelleinrichtung, umfassend ein planparalleles transmissi- ves optisches Element, einem Sensorelement und einer passiven Um setzungseinrichtung,

Fign. 2a-2c schematische Darstellungen von Varianten der in Fign. 1a, 1b gezeig ten passiven Umsetzungseinrichtung,

Flg. 3 eine schematische Darstellung einer Stelleinrichtung mit einer Doppel keilanordnung und

Fig. 4 eine vereinfachte schematische Darstellung eines Chirped-Pulse-Ampli- fication-Systems zur Verstärkung von Laserpulsen mit einer Pulskom pressionsvorrichtung, bei der es sich um eine erfindungsgemäße Puls modifikationsvorrichtung handelt.

Die Fign. 1a und b zeigen ein Beispiel einer Pulsmodifikationsvorrichtung 1 in Form einer Pulskompressionsvorrichtung zur dispersiven Kompression von Laserpulsen 2 mit zwei dispersiven optischen Elementen 3,3‘, einer Stelleinrichtung 4‘, einem passi ven Sensorelement 5 und einer passiven Umsetzungseinrichtung 6.

Die Pulsmodifikationsvorrichtung 1 ist eine Freistrahleinrichtung. Die zwei dispersi ven optischen Elemente 3,3' dienen zur Winkelseparation und Zusammenführung der Spektralkomponenten 7 der Laserpulse 2. Die Pulsmodifikationsvorrichtung 1 kann alternativ aber auch nur ein oder mehr als zwei dispersive optische Elemente 3,3' aufweisen. Bei den dargestellten dispersiven optischen Elementen 3,3' handelt es sich um Beugungsgitter, es kann sich dabei aber auch um andere dispersive opti sche Elemente, beispielsweise um Prismen handeln.

Die eintretenden Laserpulse 2, die gechirpt sind, treffen zunächst auf das erste dis- persive optische Element 3, wodurch diese in ihre Spektralkomponenten 7 separiert werden und in unterschiedliche Richtungen propagieren. Durch das zweite dispersive optische Element 3‘ werden die Spektralkomponenten 7 parallelisiert und anschlie ßend von einem reflektiven optischen Element 8 zurückreflektiert. Bei dem reflektiven optischen Element 8 kann es sich beispielsweise um ein Umlenkprisma handeln. Die zurückreflektierten Spektralkomponenten 7 sind in diesem Fall in der Höhe versetzt, sodass die austretenden Laserpulse 2‘ einfach von den eintretenden Laserpulsen 2 getrennt werden können. Die einzelnen Spektralkomponenten 7 weisen in der Puls modifikationsvorrichtung 1 unterschiedliche Laufzeiten auf, was zur gewünschten zeitlichen Kompression der Laserpulse 2 führt.

Die dargestellte Stelleinrichtung 4‘ umfasst beispielhaft ein planparalleles transmissi- ves optisches Element 4, das so angeordnet ist, dass die winkelseparierten Spektral komponenten 7 der Laserpulse 2 durch dieses hindurchtreten und einen einfallswin kelabhängigen Parallelversatz erfahren. Über eine Drehung 9 des planparallelen transmissiven optischen Elements 4 ist die Dispersion der Pulsmodifikationsvorrich tung 1 einstellbar. Die Stelleinrichtung 4‘ kann aber auch anders ausgebildet sein.

Eine Ausgangsgröße A des passiven Sensorelements 5 hängt von einem Umge bungsparameter U ab. Im dargestellten Beispiel, jedoch nicht notwendigerweise, handelt es sich bei der Ausgangsgröße A um die Länge L des passiven Sensorele ments 5. Bei einer Veränderung des Umgebungsparameters U zeigt das Sensorele ment 5 folglich eine Ausgangsgrößenänderung dA in Form einer Längenänderung dL

Die passive Umsetzungseinrichtung 6 dient zur Umsetzung der Ausgangsgrößenän derung dA des passiven Sensorelements 5 in eine Stellgrößenänderung dS der Stel leinrichtung 4‘. Die bewirkte Stellgrößenänderung dS führt dabei zu einer Kompensa tion der Veränderung der Dispersion der Pulsmodifikationsvorrichtung 1 , die aus der Veränderung des Umgebungsparameters U resultiert. Im dargestellten Beispiel ent spricht die Stellgrößenänderung dS dem Drehwinkel da des planparallen transmissi ven optischen Elements 4.

Anders als hier dargestellt kann die Pulsmodifikationseinrichtung 1 auch mehrere passive Sensorelemente 5 aufweisen, deren Ausgangsgrößen A von dem Umge- bungsparameter U abhängen. Beispielsweise können auch mindestens zwei der pas siven Sensorelemente 5 in Reihe miteinander verbunden sein, wodurch sich ihre Ausgangsgrößenänderungen dA, insbesondere ihre Längenänderungen dL, addie ren. Auch können die Ausgangsgrößen A der passiven Sensorelemente 5 von meh reren Umgebungsparametern U abhängen. Auch die Ausgangsgröße A eines einzel nen Sensorelements 5 kann von mehreren Umgebungsparametern U, beispielsweise vom Umgebungsdruck und der Umgebungstemperatur, abhängen.

Im dargestellten Beispiel handelt es sich bei dem Umgebungsparameter U um den Umgebungsdruck. Das Sensorelement 5 umfasst eine Druckmessdose 10 in Form einer Absolutdruckmessdose. Bei einer Änderung des Umgebungsdrucks kommt es zu einer Deformation von hier nicht dargestellten Membranen der Druckmessdose 10, welche die Längenänderung dL des Sensorelements 5 bewirkt. Das Sensorele ment 5 muss allerdings nicht notwendigerweise eine Druckmessdose 10 umfassen.

Der Umgebungsdruck wirkt sich insbesondere auf den Brechungsindex n der Luft bzw. einer Gasatmosphäre der Pulsmodifikationsvorrichtung 1 aus, wodurch es indi rekt zu einer Veränderung der Dispersion der Pulsmodifikationsvorrichtung 1 kommt.

Die Kompensation dieser Dispersionsänderung wird im Folgenden beispielhaft erläu tert: Die Fig. 1a zeigt die Pulsmodifikationsvorrichtung 1 bei Nominaldruck. Das plan parallele transmissive optische Element 4 steht im Mittel senkrecht zu den einfallen den Spektralkomponenten 7.

Die Fig. 1b zeigt die Pulsmodifikationsvorrichtung 1 bei einem niedrigeren Umge bungsdruck. Die Dispersion der Pulsmodifikationsvorrichtung 1 ist erhöht und die Laufzeit muss verkürzt werden. In Folge des niedrigeren Umgebungsdrucks dehnt sich die Druckmessdose 10 aus. Das Sensorelement 5 zeigt eine Längenänderung dL; seine Länge L ist größer als in der Fig. 1a. Das Sensorelement 5 schiebt an der passiven Umsetzungseinrichtung 6 und dreht das planparallele transmissive optische Element 4 um einen Drehwinkel da, wodurch über den Parallelversatz die Laufzeit- Weglänge so verkürzt wird, dass die Erhöhung der Dispersion kompensiert wird. Bei erhöhtem Umgebungsdruck erfolgt die Kompensation analog. In diesem Fall nimmt die Dispersion in der Pulsmodifikationsvorrichtung 1 ab und die Laufzeit muss vergrößert werden. Das Sensorelement 5 zieht an der passiven Umsetzungseinrich tung 6 und dreht das planparallele transmissive optische Element 4 so, dass sich aufgrund des Parallelversatzes die Laufzeit verlängert. Anders als hier gezeigt kön nen auch mehrere Druckdosen 10 in Reihe miteinander verbunden werden, um den mechanischen Hub weiter zu vergrößern.

Abweichend vom dargestellten Beispiel kann der Umgebungsparameter U oder einer der Umgebungsparameter U auch eine Temperatur sein. Durch eine Temperaturän derung kann es neben einer Veränderung des Brechungsindex n auch zu einer ther mischen Ausdehnung von Komponenten der Pulsmodifikationsvorrichtung 1 kom men. Die Längenänderung dL des Sensorelements 5 oder der Sensorelemente 5 kann in diesem Fall auf einer thermischen Ausdehnung eines Materials beispiels weise in Form eines Stabes beruhen. Das Material weist dazu bevorzugt einen gro ßen Wärmeausdehnungskoeffizienten auf. Zum Beispiel kann es sich bei dem Mate rial um Aluminium handeln. Alternativ oder zusätzlich kann das Sensorelement 5 auch ein Bimetallelement umfassen. Auch Veränderungen der Dispersion der Puls modifikationsvorrichtung 1 , die durch Veränderungen anderer Umgebungsparameter U bedingt sind, können kompensiert werden.

Die passive Umsetzungseinrichtung 6 ist im dargestellten Beispiel ein mechanisches Getriebe genauer ein Gestänge, sie weist also Stäbe 11 auf, die über Gelenke 1212 hier einschließlich eines Festlagers 12‘, miteinander bzw. mit einer Grund platte verbunden sind. Das planparallele transmissive optische Element 4 ist ferner mittels eines Gelenks 12“ drehbar gelagert. Das planparallele transmissive optische Element 4 ist auf der Drehachse angeordnet. Die passive Umsetzungseinrichtung 6 kann im gezeigten Beispiel als mechanisches Hebelsystem aufgefasst werden.

In den Fign. 1a und 1b sind die Gelenke 12,12' Festkörpergelenke, es kann sich da bei jedoch auch um andere Gelenke handeln. Festkörpergelenke haben den Vorteil, reibungsfrei oder äußerst reibungsarm zu sein. Anders als hier dargestellt muss es sich bei der passiven Umsetzungseinrichtung 6 nicht um ein mechanisches Getriebe, insbesondere nicht um ein Gestänge handeln. Beispielsweise kann die passive Umsetzungseinrichtung 6 eine Übertragungskette umfassen. In diesem Fall ist die passive Umsetzungseinrichtung 6 ein mechanisches Getriebe, aber kein Gestänge.

Die passive Umsetzungseinrichtung 6 ist beispielhaft so ausgebildet, dass die Stell größenänderung dS in Form des Drehwinkels da des planparallen transmissiven op tischen Elements 4 zumindest näherungsweise proportional zu der Ausgangsgrö ßenänderung dA in Form der Längenänderung dL des Sensorelements 5 ist. Dies führt zu einer Kompensation der Veränderung der Dispersion, da im gezeigten Bei spiel die Längenänderung dL und die Veränderung des Brechungsindex n in guter Näherung proportional zur Veränderung des Umgebungsparameters U sind und die Veränderung der Dispersion proportional zur Veränderung des Brechungsindex n und dem Drehwinkel da ist sowie ferner der Proportionalitätsfaktor der passiven Um setzungseinrichtung 6 zwischen der Längenänderung dL und dem Drehwinkel da entsprechend gewählt ist.

Im gezeigten Beispiel ist die zur Veränderung des Umgebungsparameters U proporti onale Längenänderung dL darauf zurückzuführen, dass sich die Druckmessdose 10 proportional zur Veränderung des Umgebungsdrucks deformiert. Druckschwankun gen werden also in einen proportionalen mechanischen Hub umgesetzt. Die Länge L des Sensorelements 5 hängt damit linear vom Umgebungsdruck U ab. Das planpa rallele transmissive optische Element 4 wird proportional zur Veränderung des Um gebungsdrucks gedreht und hält die Pulseigenschaften, insbesondere die Pulsdauer, der austretenden Laserpulse 2‘ konstant. Proportionale Ausgangsgrößenänderungen dA sind daneben auch mittels anderer Sensorelemente 5 und für andere Umge bungsparameter U erzielbar.

Die Stellgrößenänderung dS ist allerdings nicht notwendigerweise proportional zu der Ausgangsgrößenänderung dA des Sensorelements 5. Allgemein kann die passive Umsetzungseinrichtung auch gemäß einer mathematischen Beziehung der Form dß 2 = F (ß 3 , ß 4 ß m , w 0 , dn) zwischen einer Veränderung, dn, des Brechungsindex n innerhalb der Pulsmodifikati onsvorrichtung 1, welche aus der Veränderung des mindestens einen Umgebungs parameters U resultiert, und der dadurch bedingten Veränderung, dß 2, der Gruppen verzögerungsdispersion, ß 2, der mindestens einen Pulsmodifikationsvorrichtung 1 sowie der Zentralfrequenz, w 0 , der Laserpulse 2 und der Dispersion höherer Ord nung, ß 3, ß 4 ß m, der Pulsmodifikationsvorrichtung 1 ausgelegt sein. Insbesondere kann die mathematische Beziehung die Folgende sein: dß 2 = b 3 w 0 άh. Solche mathe matische Beziehungen resultieren allerdings in vielen Fällen in einer zur Ausgangs größenänderung dA proportionalen Stellgrößenänderung dS, insbesondere in einem zur Längenänderung dL proportionalen Drehwinkel da. Alternativ kann die passive Umsetzungseinrichtung 6 gemäß einer experimentell bestimmten Kalibrationskurve ausgelegt sein, welche die Veränderung des mindestens einen Umgebungsparame ters U in Relation zur Veränderung der Dispersion der Pulsmodifikationsvorrichtung 1 setzt.

Anders als in den Fign. 1a und 1b gezeigt kann die Pulsmodifikationsvorrichtung 1 auch eine Pulsstreckungsvorrichtung zur dispersiven Streckung der Laserpulse 2 sein. In diesem Fall kann die Pulsmodifikationsvorrichtung 1 zur Erzielung einer posi tiven Dispersion zusätzlich zu den zwei dispersiven optischen Elementen 3,3' bei spielsweise zwei Linsen aufweisen.

Die Pulsmodifikationsvorrichtung 1 kann auch ausgebildet sein, die Veränderung der Dispersion mindestens einerweiteren, hier nicht dargestellten Pulsstreckungs und/oder Pulskompressionsvorrichtung zu kompensieren, die aus der Veränderung des mindestens einen Umgebungsparameters U resultiert.

In den Fign. 2a, 2b und 2c sind Varianten der in den Fign. 1a und 1b gezeigten pas siven Umsetzungseinrichtung 6 schematisch dargestellt. Zusätzlich gezeigt sind das Sensorelement 5 umfassend die Druckmessdose 10 und das planparallele transmis- sive optische Element 4.

Die gestrichelt gezeichneten Stäbe 13 und Gelenke 14 entsprechen jeweils zwei mo difizierten Anordnungen der Stäbe 11 und Gelenke 12,12'. Durch derartige Modifika- tionen der Anordnung kann der erzielte Drehwinkel da bei einer gegebenen Län genänderung dL des Sensorelements 5 eingestellt werden. Allgemeiner kann durch derartige Modifikationen die erzielte Stellgrößenänderung dS bei einer gegebenen Ausgangsgrößenänderung dA eingestellt werden.

In der Fig. 2c ist die passive Umsetzungseinrichtung 6 ferner einfacher aufgebaut und weist lediglich zwei Stäbe 11 auf.

In der Fig. 3 ist eine Stelleinrichtung 4‘ schematisch dargestellt, die eine Doppelkeil anordnung 15 mit zwei Keilen 16,16“ umfasst. Die Doppelkeilanordnung 15 ist so an geordnet ist, dass die winkelseparierten Spektralkomponenten 7 der Laserpulse 2 durch diese hindurchtreten. Über eine Verschiebung 17 eines Keiles 16 der Doppel keilanordnung 15 ist eine Dicke der Doppelkeilanordnung 15 und damit die Disper sion der hier nicht dargestellten Pulsmodifikationsvorrichtung 1 einstellbar. Anstelle der Doppelkeilanordnung 15 kann die Stelleinrichtung 4‘ auch eine Multikeilanord nung aufweisen.

In der Fig.4 ist ein Beispiel eines Chirped-Pulse-Amplification-System 18 zur Ver stärkung von Laserpulsen 2 mit einer Pulsstreckungsvorrichtung 19, einer Pulsver stärkungseinrichtung 20 und einer ersten Pulskompressionsvorrichtung 21 sowie ei ner zweiten Pulskompressionsvorrichtung 22 vereinfacht schematisch dargestellt.

Die eintretenden Laserpulse 2 werden mittels der Pulsstreckungsvorrichtung 19 zeit lich gestreckt. Die gestreckten Laserpulse 23 werden anschließend in der Pulsver stärkungseinrichtung 20 verstärkt. Die verstärkten Laserpulse 24 werden mittels der ersten Pulskompressionsvorrichtung 21 und der zweiten Pulskompressionsvorrich tung 22 zeitlich komprimiert und die komprimierten Laserpulse 2‘ treten aus dem Chirped-Pulse-Amplification-System 15 aus.

Bei der zweiten Pulskompressionsvorrichtung 22 handelt es sich um eine Pulsmodifi kationsvorrichtung 1 , die wie oben beschrieben ausgebildet ist. Insbesondere handelt es sich dabei um eine Freistrahleinrichtung mit einer Stelleinrichtung 4‘, mindestens einem passiven Sensorelement 5 und einer passiven Umsetzungseinrichtung 6 zur Kompensation von Veränderungen der Dispersion der Pulsmodifikationsvorrichtung 1, die aus Veränderungen des mindestens einen Umgebungsparameters U resultie ren. Bei der Pulsstreckungsvorrichtung 19 und der ersten Pulskompressionsvorrich tung 21 handelt es sich hier beispielhaft, aber nicht notwendigerweise um eine wei tere Pulsstreckungsvorrichtung 25 beziehungsweise eine weitere Pulskompressions- Vorrichtung 26, deren Dispersionsveränderungen ebenfalls in der Pulsmodifikations vorrichtung 1 kompensiert werden.

Abweichend von dem hier dargestellten Beispiel kann das Chirped-Pulse-Amplifica- tion-System 15 auch mehr als eine Pulsstreckungsvorrichtung und/oder nur eine oder mehr als zwei Pulskompressionsvorrichtungen aufweisen. Auch kann die Puls streckungsvorrichtung 19 eine Pulsmodifikationsvorrichtung 1 sein, die wie oben be schrieben ausgebildet ist.