ФЕМТОСЕКУНДНЫЙ ЛАЗЕР ВЫСОКОЙ МОЩНОСТИ С РЕГУЛИРУЕМОЙ ЧАСТОТОЙ ПОВТОРЕНИЯ

1. Лазерное устройство, содержащее
генератор, который генерирует и выводит пучок фемтосекундных затравочных импульсов,
модуль растяжения-сжатия, который растягивает длительность затравочных импульсов, и
усилитель, который
принимает растянутые затравочные импульсы от модуля растяжения-сжатия,
усиливает амплитуду выбранных растянутых затравочных импульсов для создания усиленных растянутых импульсов, и
выводит лазерный пучок усиленных растянутых импульсов, при этом
модуль растяжения-сжатия
принимает лазерный пучок усиленных растянутых импульсов,
сжимает длительность усиленных растянутых импульсов, и
выводит лазерный пучок фемтосекундных импульсов с длительностью импульса менее 1000 фемтосекунд, и
усилитель содержит компенсатор дисперсии, который снижает дисперсию усиленных растянутых импульсов.
2. Лазерное устройство по п. 1, в котором
генератор представляет собой оптоволоконный генератор с диодной накачкой.
3. Лазерное устройство по п. 1, в котором
генератор выводит ограниченные преобразованием затравочные импульсы.
4. Лазерное устройство по п. 1, в котором
генератор генерирует пучок с длительностью затравочного импульса менее 1000 фемтосекунд.
5. Лазерное устройство по п. 1, в котором
генератор выводит пучок с частотой повторения затравочных импульсов в одном из диапазонов 10-100 МГц и 20-50 МГц.
6. Лазерное устройство по п. 1, в котором
модуль растяжения-сжатия содержит чирпированную объемную брэгговскую решетку.
7. Лазерное устройство по п. 1, в котором
модуль растяжения-сжатия содержит фототермическое преломляющее стекло.
8. Лазерное устройство по п. 1, в котором
модуль растяжения-сжатия растягивает длительность фемтосекундных затравочных импульсов с коэффициентом более 10.
9. Лазерное устройство по п. 1, в котором
модуль растяжения-сжатия растягивает длительность фемтосекундных затравочных импульсов до растянутой длительности 1000-200000 фемтосекунд.
10. Лазерное устройство по п. 1, при этом
лазерное устройство не содержит настраиваемого модуля растяжения-сжатия.
11. Лазерное устройство по п. 1, содержащее
поляризатор и четвертьволновую пластину между генератором и модулем растяжения-сжатия, которая перенаправляет пучок растянутых затравочных импульсов к усилителю.
12. Лазерное устройство по п. 1, содержащее
изолятор Фарадея, который
принимает пучок растянутых затравочных импульсов от модуля растяжения-сжатия,
выводит пучок растянутых затравочных импульсов на усилитель,
принимает лазерный пучок усиленных растянутых импульсов от усилителя,
выводит лазерный пучок усиленных растянутых импульсов на порт сжатия модуля растяжения-сжатия, и
изолирует генератор от лазерного пучка усиленных растянутых импульсов.
13. Лазерное устройство по п. 1, в котором
усилитель содержит оптические элементы, и
компенсатор дисперсии вносит дисперсию, противоположную по знаку дисперсии, вносимой оптическим элементом усилителя.
14. Лазерное устройство по п. 13, в котором
дисперсия, вносимая компенсатором дисперсии, по существу, равна по величине и противоположна по знаку дисперсии, вносимой в одном двустороннем прохождении оптическими элементами усилителя, отличными от компенсатора дисперсии.
15. Лазерное устройство по п. 1, в котором компенсатор дисперсии содержит
по меньшей мере, одно из чирпированного зеркала, чирпированного волокна, чирпированной решётки, призмы и чирпированного пропускающего оптического элемента.
16. Лазерное устройство по п. 1, в котором усилитель содержит
усиливающий материал, который усиливает амплитуду выбранных растянутых затравочных импульсов,
два торцевых зеркала, которые образуют резонатор, и
два изламывающих зеркала, которые изламывают резонансный оптический путь внутри усилителя, причем
по меньшей мере, одно из двух торцевых зеркал и двух изламывающих зеркал является чирпированным зеркалом.
17. Лазерное устройство по п. 16, в котором
чирпированное зеркало вносит отрицательную дисперсию в усиленные растянутые импульсы.
18. Лазерное устройство по п. 1, при этом
лазерное устройство сконфигурировано так, чтобы выводить лазерный пучок
с первой частотой повторения, и
затем с другой второй частотой повторения с, по существу, одной и той же конфигурацией всех оптических элементов лазерного устройства.
19. Лазерное устройство по п. 18, в котором
первая частота повторения и вторая частота повторения оказываются в одном из диапазонов 10 кГц-2 МГц, 50 кГц-1 МГц или 100 кГц-500 кГц.
20. Лазерное устройство по п. 18, в котором
лазерное устройство может быть модифицировано для вывода лазерного пучка со второй частотой повторения с, по существу, одной и той же конфигурацией всех оптических элементов, что и для первой частоты повторения, когда немодифицированное лазерное устройство использует другую кофигурацию оптических элементов для первой и второй частот повторения.
21. Лазерное устройство по п. 1, в котором
усилитель сконфигурирован так, чтобы количество двусторонних прохождений усиленных растянутых импульсов в усилителе изменялось с изменением частоты повторения при сохранении неизменной оптической структуры усилителя.
22. Лазерное устройство по п. 1, в котором
усилитель имеет изломанный оптический путь между торцевыми зеркалами менее 1 метра.
23. Лазерное устройство по п. 1, в котором усилитель является одним из
регенеративного усилителя в режиме открытия резонатора, усилителя чирпированных импульсов или усилителя с модулируемой добротностью.
24. Лазерное устройство по п. 1, в котором усилитель содержит
переключаемый поляризатор на оптическом пути между торцевыми зеркалами, который может выбирать растянутые импульсы путем переключения между
состоянием регулировки поляризации, в котором переключаемый поляризатор регулирует поляризацию усиленных растянутых импульсов, и
состоянием без регулировки поляризации, в котором переключаемый поляризатор, по существу, не регулирует поляризацию усиленных растянутых импульсов.
25. Лазерное устройство по п. 24, содержащее
высоковольтный силовой переключатель, который управляет переключаемым поляризатором для переключения из состояния без регулировки поляризации в состояние регулировки поляризации с временем нарастания менее 5 нс, 4 нс или 3 нс.
26. Лазерное устройство по п. 1, в котором
лазерное устройство изменяет первую частоту повторения лазерного пучка фемтосекундных импульсов на вторую частоту повторения в пределах одного из диапазонов 1-120 с, 10-60 с и 20-50 с.
27. Лазерное устройство по п. 1, в котором
лазерное устройство изменяет первую частоту повторения лазерного пучка фемтосекундных импульсов на вторую частоту повторения в течение времени изменения в пределах 1 мкс-1 с.
28. Лазерное устройство по п. 1, в котором усилитель содержит
по меньшей мере, одно фокусирующее зеркало, и
лазерный кристалл, расположенный в непосредственной близости от фокальной точки фокусирующего зеркала.
29. Лазерное устройство по п. 28, в котором
лазерное устройство сконфигурировано так, что при изменении частоты повторения лазерного устройства с первого значения на второе значение, причем оба значения находятся в пределах 10 кГц-2 МГц,
диаметр выводимого лазерного пучка изменяется менее чем на 10% или 20%, или
центр выводимого лазерного пучка перемещается менее чем на 20% или 40% диаметра пучка.
30. Лазерное устройство по п. 1, в котором
фемтосекундные импульсы лазерного пучка имеют энергию в одном из диапазонов 1-100 мкДж/импульс, 10-50 мкДж/импульс и 20-30 мкДж/импульс.
31. Лазерное устройство по п. 1, в котором
лазерное устройство выводит лазерный пучок мощностью, превышающей 0,1 Вт, 1 Вт или 10 Вт.
32. Лазерное устройство по п. 1, в котором
лазерное устройство входит в состав офтальмической хирургической системы.
33. Способ генерации лазерного пучка с помощью лазерного устройства, причем способ содержит этапы, на которых
генерируют пучок затравочных импульсов длительностью менее 1000 фемтосекунд с помощью генератора,
сжимают длительность затравочных импульсов с помощью модуля растяжения импульсов,
усиливают амплитуду выбранных растянутых затравочных импульсов усилителем для генерации усиленных растянутых импульсов,
сжимают длительность усиленных растянутых импульсов до менее 1000 фемтосекунд модулем сжатия импульсов,
выводят лазерный пучок фемтосекундных импульсов с первой частотой повторения в пределах 10 кГц-2 МГц и с длительностью импульса менее 1000 фемтосекунд,
изменяют частоту повторения с первой частоты повторения на вторую частоту повторения в пределах 10 кГц-2 МГц без существенного изменения оптической конфигурации лазерного устройства, и
выводят лазерный пучок фемтосекундных импульсов со второй частотой повторения и с длительностью импульса менее 1000 фемтосекунд.
34. Способ по п. 33, в котором этап усиления содержит этап, на котором
используют компенсатор дисперсии в усилителе для снижения дисперсии усиленных растянутых импульсов, вызванной оптическим компонентом усилителя.
35. Способ по п. 34, в котором этап снижения дисперсии содержит этап, на котором
вносят компенсирующую дисперсию с помощью, по меньшей мере, одного чирпированного зеркала в усилителе, причем
компенсирующая дисперсия, по существу, равна по величине и противоположна по знаку дисперсии, вносимой всеми оптическими элементами усилителя, отличными от компенсатора дисперсии, при каждом двустороннем прохождении.
36. Способ по п. 33, в котором этап изменения частоты повторения содержит этап, на котором
изменяют количество двусторонних прохождений в усилителе.
37. Способ по п. 33, в котором
этап растяжения и этап сжатия выполняются одним и тем же модулем растяжения-сжатия.
38. Способ по п. 33, содержащий этап, на котором
выводят лазерный пучок со второй частотой повторения в одном из диапазонов 1-120 с, 10-60 с и 20-50 с по завершении вывода лазерного пучка с первой частотой повторения.
39. Способ по п. 33, содержащий этап, на котором
изменяют частоту повторения с первой частоты повторения на вторую частоту повторения в течение времени изменения в пределах 1 мкс-1 с.
40. Лазерное устройство, содержащее
генератор, который генерирует импульсный световой пучок с длительностью импульса менее 1000 фемтосекунд,
модуль растяжения-сжатия, который растягивает длительность импульсов светового пучка, и
усилитель, который усиливает амплитуду растянутых световых импульсов для генерации усиленных растянутых импульсов, причем
модуль растяжения-сжатия
сжимает длительность усиленных растянутых импульсов и
выводит пучок лазерных импульсов; и
при этом лазерное устройство выполнено с возможностью выводить пучок лазерных импульсов
с первой частотой повторения в диапазоне 10 кГц-2 МГц и
затем со второй частотой повторения в диапазоне 10 кГц-2 МГц с использованием, по существу, одной и той же конструкции всех оптических элементов лазерного устройства,
причем длительность выводимых лазерных импульсов составляет менее 1000 фемтосекунд для первой и второй частот повторения.
41. Лазерное устройство по п. 40, в котором усилитель содержит
компенсатор дисперсии, который, по меньшей мере, частично компенсирует дисперсию, вносимую оптическими элементами усилителя.
42. Лазерное устройство по п. 40, в котором усилитель содержит
переключаемый поляризатор между торцевыми зеркалами усилителя, который переключается между
состоянием, в котором переключаемый поляризатор регулирует поляризацию усиленных растянутых импульсов, и
состоянием, в котором переключаемый поляризатор не регулирует поляризацию усиленных растянутых импульсов
с временем нарастания менее одного из: 5 нс, 4 нс и 3 нс.
43. Лазерное устройство по п. 40, в котором усилитель содержит
по меньшей мере, одно фокусирующее зеркало, и
усилительный кристалл, расположенный вблизи фокальной точки фокусирующего зеркала.
44. Лазерное устройство по п. 40, в котором
лазерное устройство переключается между первой частотой повторения и второй частотой повторения в течение времени менее 60 с, 1 с или 10 мкс.
45. Лазерное устройство, содержащее
генератор, который выводит фемтосекундные затравочные импульсы,
модуль растяжения, который растягивает длительность затравочных импульсов,
усилитель, который
усиливает растянутые затравочные импульсы с образованием усиленных растянутых импульсов, и
содержит компенсатор дисперсии для компенсации дисперсии усиленных растянутых импульсов, вносимой оптическими элементами усилителя, и
модуль сжатия, который
принимает усиленные растянутые импульсы,
сжимает длительность усиленных растянутых импульсов, и
выводит лазерный пучок фемтосекундных импульсов.
46. Лазерное устройство, содержащее
генератор, который выводит фемтосекундные затравочные оптические импульсы,
усилитель, который усиливает затравочные оптические импульсы для формирования усиленных оптических импульсов и включает в себя
оптический резонатор, который подсоединен для приема и циркуляции затравочных оптических импульсов,
устройство оптического переключателя, подсоединенное к оптическому резонатору для управления подачей света принятых затравочных оптических импульсов в оптический резонатор и для управления выводом света из оптического резонатора в качестве выходного света усилителя, причем устройство оптического переключателя сконфигурировано для управления и регулировки количества двусторонних прохождений света, соединенных внутри оптического резонатора для управления и регулировки частоты повторения импульсов для усиленных оптических импульсов, сформированных усилителем,
оптическую усиливающую среду внутри оптического резонатора для усиления затравочных оптических импульсов с образованием усиленных оптических импульсов, и
компенсатор дисперсии внутри оптического резонатора для компенсации дисперсии усиленных оптических импульсов, индуцированной усилителем, и
один или более оптических элементов вне усилителя для растяжения длительности затравочных оптических импульсов до ввода каждого затравочного оптического импульса в усилитель и для сжатия длительности усиленных оптических импульсов, выводимых усилителем, для формирования усиленных оптических импульсов.
47. Лазерное устройство по п. 46, при этом лазерное устройство не содержит устройства компенсации дисперсии вне усилителя, которое предусмотрено для компенсации дисперсии усиленных оптических импульсов, индуцированной усилителем.
48. Лазерное устройство по п. 46, в котором устройство оптического переключателя представляет собой поляризационное устройство, которое управляет оптической поляризацией света.
49. Лазерное устройство по п. 46, в котором компенсатор дисперсии внутри усилителя сконструирован таким образом, чтобы вносить дисперсию, противоположную по знаку дисперсии, индуцированной усилителем.
50. Лазерное устройство по п. 49, в котором компенсатор дисперсии внутри усилителя сконструирован таким образом, чтобы вносить дисперсию, противоположную по знаку и, по существу, равную по величине дисперсии, индуцированной усилителем в одном двустороннем прохождении света внутри оптического резонатора усилителя, за исключением дисперсии, обусловленной компенсатором дисперсии.
51. Лазерное устройство по п. 46, в котором компенсатор дисперсии включает в себя одну или более чирпированных брэгговских решеток.
52. Лазерное устройство по п. 46, в котором компенсатор дисперсии включает в себя одно или более чирпированных зеркал.
53. Лазерное устройство по п. 46, в котором компенсатор дисперсии включает в себя один или более сегментов чирпированного волокна.
54. Лазерное устройство по п. 46, в котором компенсатор дисперсии включает в себя одну или более призм.
55. Лазерное устройство по п. 46, в котором компенсатор дисперсии включает в себя один или более чирпированных пропускающих оптических элементов.
56. Лазерное устройство по п. 46, в котором один или более оптических элементов вне усилителя для растяжения затравочных оптических импульсов до ввода каждого затравочного оптического импульса в усилитель и для сжатия усиленных оптических импульсов, выводимых усилителем, включают в себя
модуль растяжения импульсов, который растягивает длительность затравочных оптических импульсов до ввода каждого затравочного оптического импульса в усилитель, благодаря чему, растянутые затравочные оптические импульсы усиливаются усилителем, и
модуль сжатия импульсов, который отделен от модуля растяжения импульсов и сжимает длительность усиленных оптических импульсов, выводимых усилителем в качестве выходного сигнала лазерного устройства.
57. Лазерное устройство по п. 46, в котором один или более оптических элементов вне усилителя для растяжения затравочных оптических импульсов до ввода каждого затравочного оптического импульса в усилитель и для сжатия усиленных оптических импульсов, выводимых усилителем, включают в себя
объединенное устройство растяжения-сжатия импульсов, которое растягивает длительность затравочных оптических импульсов до ввода каждого затравочного оптического импульса в усилитель, благодаря чему, растянутые затравочные оптические импульсы усиливаются усилителем, и сжимает длительность усиленных оптических импульсов, выводимых усилителем в качестве выходного сигнала лазерного устройства.
58. Способ функционирования лазерного устройства для формирования фемтосекундных оптических импульсов, содержащий этапы, на которых
растягивают фемтосекундные затравочные оптические импульсы для формирования растянутых затравочных оптических импульсов с пониженной оптической мощностью в каждом импульсе,
вводят растянутые затравочные оптические импульсы в оптический резонатор оптического усилителя для усиления оптической мощности каждого растянутого затравочного оптического импульса для формирования усиленных растянутых оптических импульсов,
обеспечивают внутри оптического усилителя оптический компенсатор для обеспечения компенсации дисперсии каждого оптического импульса, причем оптический компенсатор сконструирован таким образом, чтобы вносить дисперсию, противоположную по знаку и, по существу, равную по величине дисперсии, индуцированной усилителем в одном двустороннем прохождении света, внутри оптического резонатора усилителя, за исключением дисперсии, обусловленной компенсатором дисперсии,
приводят в действие устройство оптического переключателя, подключенное к оптическому резонатору, для управления подачей света растянутых затравочных оптических импульсов в оптический резонатор и вывода света усиленных растянутых оптических импульсов из оптического резонатора,
сжимают длительность усиленных растянутых оптических импульсов из оптического резонатора для формирования сжатых усиленных оптических импульсов в качестве выходного сигнала лазерного устройства, и
приводят в действие устройство оптического переключателя для управления и регулировки количества двусторонних прохождений света внутри оптического резонатора для управления и регулировки частоты повторения импульсов для сжатых усиленных оптических импульсов, не применяя устройство компенсации дисперсии, которое находится вне усилителя, для компенсации дисперсии, индуцированной усилителем.