用于相干合成激光射束的相对相位测量的制作方法

本发明涉及激光射束的相干合成，本发明尤其涉及两个脉冲式激光射束的相干合成，所述激光射束例如能够由用于科学应用的(高功率放大器)激光器系统所产生。本发明尤其涉及一种相位调节系统以及一种具有这种相位调节系统的激光器系统，该相位调节系统用于调节待相干合成的两个激光射束的相对相位。本发明还涉及一种用于相干合成激光射束的方法。

背景技术

相干合成能够实现：如此光学地汇集(zusammenführen)多个平行的放大器级(例如光纤放大器、多通放大器或再生放大器)和/或振动器，使得形成唯一的输出射束。在两个激光射束的相干合成中，总射束的偏振态——尤其偏振态的稳定性是决定性的功率特征。

对于基于光纤的放大器系统，已经展示了不同研究组的相干合成，参见例如e.seise等人的《coherentadditionoffiber-amplifiedultrashortlaserpulses》(2010年12月20日，第18卷，no.26，opticsexpress27827)以及a.klenke等人的《coherently-combinedtwochannelfemtosecondfibercpasystemproducing3mjpulseenergy》(2011年11月21日，第19卷，no.24，opticsexpress24280)。

通常已知借助测量方法如-couillaud探测(hcd)或pound-drewer-hall探测来确定偏振态，例如参见t.w.等人的《laserfrequencystabilizationbypolarizationspectroscopyofareflectiongreferencecavity》(1980年opt.comm.35(3))。有时应用零差测量方法，然而这种方法不太适用于具有低重复率的短脉冲激光器系统，例如参见s.j.augst等人的《coherentbeamcombiningandphasenoisemeasurementsofytterbiumfiberamplifiers》，2004opt.lett.29(5)。

技术实现要素：

本公开内容的一个方面基于如下任务：提供一种用于调节待合成的激光射束之间的相对相位的方案。另一方面基于如下任务：能够实现激光器系统中的稳定相干合成。

这些任务中的至少一个通过根据权利要求1的相位调节系统、通过根据权利要求11或12的激光器系统并且通过根据权利要求17或20的用于相干合成激光射束的方法来解决。扩展方案在从属权利要求中说明。

在本发明的一个方面中，相位调节系统具有光学单元，该相位调节系统用于调节激光器系统的待相干合成的两个激光射束的相对相位，该激光器系统设置用于提供经相位调节的总激光射束。该光学单元包括射束输入端，该射束输入端用于接收为了形成总激光射束而待共线叠加的两个相干激光射束的测量部分，所述两个相干激光射束尤其具有基本上正交的偏振态。该光学单元还包括分束器，该分束器用于由测量部分的相干激光射束产生至少三个测量射束，所述至少三个测量射束在所属的测量射束路径上传播或在如下传播区段上传播：在该传播区段中，测量部分的相干激光射束以一角度在空间上叠加地传播并且形成至少三个测量射束区域。在此，至少三个测量射束的至少三个测量射束路径通过投影到经匹配的偏振方向上而构造用于产生所属的测量射束的相位偏移，或者，至少三个测量射束区域通过路程长度差而构造用于产生所属的测量射束区域的不同相位偏移。该光学单元还包括至少三个光电探测器，所述至少三个光电探测器用于输出光电探测器信号，其中，这些光电探测器被分别分配给这些测量射束路径中的一个或被分别分配给这些测量射束区域中的一个，并且光电探测器信号相应于不同相位偏移情况下的测量射束或测量射束区域。光学单元还包括：分析处理单元，该分析处理单元基于至少三个光电探测器信号产生控制信号，该控制信号基于对测量部分的偏振态或测量部分的干涉表现的分析处理而相应于相干激光射束之间的相对相位；光学单元还包括延迟设备，所述延迟设备用于引入到待共线叠加的两个激光射束中的至少一个的射束路径中，该延迟设备具有如下光程长度：所述光程长度能够根据控制信号调整。

在一种实施方式中，该相位调节系统具有光学单元，该相位调节系统用于调节激光器系统的待相干合成的两个激光射束的相对相位，该激光器系统设置用于提供经相位调节的总激光射束。该光学单元包括：射束路径，该射束路径用于接收为了形成总激光射束而待共线叠加的两个相干激光射束的测量部分；分束器，该分束器用于由所述测量部分产生(至少)三个测量射束；用于所述(至少)三个测量射束的(至少)三个测量射束路径，所述(至少)三个测量射束路径分别构造用于将所属的测量射束的偏振态投影到一偏振方向上；(至少)三个光电探测器，这些光电探测器被分别分配给所述测量射束路径中的一个，这些光电探测器用于输出光电探测器信号，所述光电探测器信号相应于投影到偏振方向上的测量射束。相位调节系统还包括分析处理单元和延迟设备，所述分析处理单元基于(至少)三个光电探测器信号产生控制信号，所述控制信号基于对测量部分的偏振态的分析处理而相应于相干激光射束之间的相对相位，所述延迟设备用于引入到待共线叠加的两个激光射束中的至少一个的射束路径中，所述延迟设备具有如下光程长度：该光程长度能够根据控制信号调整。

在另一实施方式中，这种相位调节系统具有光学单元，所述光学单元用于产生相应于相干激光射束的两个测量射束，这两个测量射束在传播区段中成一分束角地传播并且在中央区域中在空间上叠加。光学单元例如在用于产生干涉偏振态的干涉区域中还具有偏振滤光器，这些偏振态在由分束角给定的方向上导致产生干涉条纹图案。中央区域包括至少三个测量射束区域，这三个测量射束区域具有定义的局部不同的相位偏移。该光学单元还具有至少三个光电探测器、之前描述的分析处理单元以及之前描述的延迟设备，所述至少三个光探测器被分别分配给这些测量射束区域中的一个，所述光电探测器用于输出关于不同相位偏移的光电探测器信号。

在另一方面中，用于提供基于相干合成的总激光射束的激光器系统包括：种子激光射束源，所述种子激光射束源用于提供第一种子激光射束以及与第一种子激光射束相干的第二种子激光射束；第一放大器分支该第一放大器分支具有第一光学放大器单元，所述第一光学放大器单元用于基于第一种子激光射束产生第一经放大的激光射束；第二放大器分支，该第二放大器分支具有第二光学放大器单元，所述第二光学放大器单元用于基于第二种子激光射束产生第二经放大的激光射束。激光器系统还包括合成单元，所述合成单元用于将第一经放大的激光射束的射束路径与第二经放大的激光射束的射束路径共线叠加来产生总激光射束。在此，将第一偏振态中的第一激光射束与不同于第一偏振态的第二偏振态中的第二激光射束叠加。激光器系统还具有之前描述的相位调节系统，其中，将总激光射束的一部分作为测量部分耦合到光学单元的射束路径中，并且延迟设备设置在第一放大器分支和/或第二放大器分支中。

在另一方面中，用于提供基于相干合成的总激光射束的激光器系统包括：激光射束源、合成单元以及之前描述的相位调节系统，所述激光射束源用于提供第一激光射束和与第一激光射束相干的第二激光射束，所述合成单元用于将第一激光射束的射束路径与第二激光射束的射束路径共线地叠加，以产生总激光射束，其中，将第一偏振态中的第一激光射束与第二偏振态中的第二激光射束叠加，所述第一偏振态不同于第二偏振态。在此，将总激光射束的一部分作为测量部分耦合到光学单元的射束路径中，并且延迟设备设置在第一激光射束的射束路径中和/或第二激光射束的射束路径中。

在另一方面中，用于相干合成激光射束的方法包括以下步骤：为了形成总激光射束，在共同的传播路程上对具有不同偏振态的两个激光射束进行叠加；以基本上与强度无关的零差测量方法确定两个激光射束之间的相对相位，并且匹配光程长度差来稳定总激光射束的偏振态。

在一些实施方式中示例性描述的并且基于以上方面的干涉测量原理基于两种有贡献的偏振分量之间的零差相位测量方式。

与开头提到的-couillaud探测(hcd)相比，在此公开的方案可以具有强度无关性的优点。例如在使用hcd时，做出了0.1radrms范围内的相位稳定性的报告，其中，hcd无法区分强度波动与相位波动。后者可能会导致：在调节回路中使用hcd的情况下，由于输入射束中出现的强度波动而对所合成的总激光射束造成附加的相位干扰。

与hcd不同，在此公开的干涉测量原理能够实现强度波动与相位波动的分离。因此，在此公开的干涉测量原理能够实现更好的相位稳定。此外，该测量原理能够实现：通过有针对性地引入椭圆偏振和随后的偏振滤波来补偿输出射束中的强度波动。由长度干涉测量法已知，在长度测量中，针对相位测量能够实现0.001radrms范围内的以及更好的分辨率极限，基于在此公开的测量原理，所述分辨率极限能够被转移到相对相位的测量上。

此外，在此公开的相位探测原则上能够应用于宽范围的激光器重复率。因此，在低激光器重复率的情况下，可以独立地对每个单个的激光脉冲分析处理光电探测器信号(单次分析处理：single-shot-auswertung)。由此，可以将相位稳定的调节带宽保持得非常宽。允许单次分析处理的数据处理的示例是探测器中的“采样/保持(sample-and-hold)”实现方案。

在激光器系统的一些扩展方案中，尤其在高激光功率的情况下，可以借助薄膜偏振器来实现激光射束的合成。

通常，可以借助诸如衍射光栅或部分反射镜组合的非偏振分束器来分成这些测量射束。

附图说明

在此，总体上公开了以下方案：该方案允许至少部分地改善现有技术中的方面。尤其从根据附图对实施方式的以下描述中得出其他特征及其适用性。附图示出：

图1示出一种激光器系统的示意图，该激光器系统具有种子激光器、两个再生放大器单元和相位调节系统；

图2示出相位调节系统的第一示例性光学单元的示意图，

图3示出相位调节系统的第二示例性光学单元的示意图，

图4示出相位调节系统的第三示例性光学单元的示意图，

图5基于对干涉条纹图案的分析处理示出相位调节系统的另一光学单元的示意图。

具体实施方式

在此描述的方面部分地基于如下认知：在两个激光射束的相干合成时，对总激光射束的偏振态的基本上与强度无关的测量能够实现：改善地调节部分射束的相干叠加。通过避免或减小相位测量对相干合成的影响的强度相关性，可以降低激光功率的波动。

可以通过测量两个输入射束之间的相对相位来实现偏振态的测量。通过例如在此公开的干涉测量原理和相应的后续信号处理，可以基本上在很大程度上与强度无关地以高线性确定相位。例如可以以正交信号的形式提供相位差的这种与强度无关的相位值(例如相对相位)。偏振态的测量尤其可以基于分析处理干涉条纹图案而间接地通过两个正交偏振之间的相位来实现。

除了与强度的无关性之外，在此公开的实施方式还能够实现简单的调整(尤其基于所公开的相位测量的共光路配置)，并且这些实施方式可以被构造成相对于振动和漂移现象(drift-ereignis)不敏感。这与hcd有所不同，hcd基于自身稳定的参考腔。此外，即使在大相位跳变的情况下，在此公开的实施方式也可以提供明确的相位信号。这也是与hcd的差别，在hcd中，漂移出共振区域可能会导致单义性的(eindeutigkeit)的丧失。

相干合成的目的是：将例如由平行的放大器级和/或振动器产生的多个激光射束合成唯一的输出激光射束。这需要激光射束的相干性，从而给所有放大器级都馈送相干激光——例如相干激光脉冲。

在下文中，示例性地借助一种激光器系统使用所述方案，该激光器系具有共同的种子激光器作为两个再生放大器级的源，使得可以对经放大的相干激光射束进行合成。

图1示意性地示出示例性的激光器系统1，该激光器系统具有：作为种子激光射束源的种子激光器2、两个再生放大器单元3a、3b以及相位调节系统5。相位调节系统5例如包括光学单元7、分析处理单元9和延迟设备11。种子激光器2的主激光射束13被分束器15a分成两个(相干的)部分射束，这些部分射束在图1中标为第一种子激光射束13a和第二种子激光射束13b。每个部分射束被提供给所属的放大器单元3a、3b，以便基于第一种子激光射束13a来产生第一经放大的激光射束17a，或者，基于第二种子激光射束13b来产生第二经放大的激光射束17b。借助另一分束器15b将这些经放大的激光射束17a、17b共线叠加，以便形成总激光射束19。

在此公开的干涉测量原理可以相应地应用于不经放大的和/或经放大的激光射束的相干叠加。因此，可以在不存在放大器单元或只存在放大器单元3a、3b中的一个的与图1类似的配置中，将不经放大的和/或经放大的相干激光射束叠加，其中，在两个叠加的射束路径中的至少一个中设置有延迟设备11。

由具有前置的和后置的分束器15a、15b的两个再生放大器单元3a、3b构成的聚集体(konglomerat)是马赫-曾德尔干涉仪。分束器15a、15b例如可以实施成分束立方体和/或薄膜偏振器。在由两个再生放大器单元3a、3b构成的这种马赫-曾德尔干涉仪的输出端处，得到具有任何偏振态的叠加的总激光射束19。

在图1中还示意性地示出用于改变不同激光射束的偏振态的偏转镜21和λ/2波片23。可以看出，相对于分束器15a的功能和取向来说，主激光射束13具有由两个偏振态叠加成的偏振态25，其中，两个偏振态25a、25b(例如p偏振和s偏振)表征分束之后的第一种子激光射束13a和第二种子激光射束13b，并且这两个偏振态进一步保持在放大器单元3a、3b中。

在图1的实施例中，为了在第二分束器15b中进行叠加，借助λ/2波片23使经放大的激光射束17a、17b的偏振相应地对齐。例如可以如此调节每个放大器单元3a、3b的输出偏振，使得在偏振分束立方体中，经放大的激光射束17a被反射，并且经放大的激光射束17b被透射。在分束器15b的输出端处得到两个射束的得加，使得总激光射束19由偏振态27所表征，所述总激光射束基于经放大的激光射束17a、17b的偏振态27a、27b的叠加。在替代实施方式中，例如可以用偏转镜21替换分束器15b，从而波片不一定是叠加所必需的。

图1所示的对λ/2波片23的使用还能够实现：可以正确地调节强度特性，并且从而使经放大的激光射束的量值以及相应地使该经放大的激光射束的偏振态匹配于总激光射束19。

在图1中示出的示例性的实施方式中，可以将合成的总激光射束19理解为具有可变相移的两个正交的线性偏振态的叠加。该相移尤其基于放大器单元3a、3b中的不同光程长度。放大器单元中的光程长度示可以例性地借助延迟设备11所匹配。因此，在基于压电元件的延迟设备中，能够实现几百微米的光程长度变化，并且在由压电元件与线性位移台(linearverschiebetisch)的组合的情况下，能够实现几厘米的路程长度变化。在脉冲式系统中，延迟设备11例如包括后向反射器和压电装置，该后向反射器布置在平移单元上，该后向反射器用于使脉冲包线(pulseinhüllenden)相互叠加，该压电装置用于高分辨的相位匹配。还可以使用声光学延迟单元。高分辨的相位匹配尤其是相位调节系统5的一部分。

如图1所示，输出射束路径中的相位调节系统5例如可以使用由偏转镜22透射的光(在此也称为测量部分19')或使用在组合分束器15b的第二输出端上出射的射束(图1中点状的射束路径29)来进行测量。

相位调节系统5的任务是：测量总激光射束的偏振态，以便借助延迟设备11来稳定所述偏振态，由此，可以执行具有准恒定相对相位的相干合成。这样相干合成的激光射束例如是恒定的和可重复的实验框架条件的基础。

图2示出光学单元的第一示例性结构，并且还示出信号获取和分析处理。

在以下阐述的相位分析方案和后续的调节方案中，使用总激光射束19的测量部分19'形式的共线叠加的部分射束来进行相位测量。该方案基于待相干合成的部分射束17a、17b的不同偏振态27a、27b。测量部分19'具有总激光射束19的偏振态27，所述偏振态主要由两个相干合成的部分射束17a、17b之间的相位所导致。借助三个测量射束31a、31b、31c来测量偏振态27，并且相应地通过两个部分射束17a、17b中的一个的光学延迟来稳定该偏振态。该分析处理不是通过条纹图案(该条纹图案是这些部分射束之间的角度的标志)进行的，而是通过特定偏振分量的强度信号(所述强度信号借助三个测量射束31a、31b、31c产生)进行的。因此，如结合图2至4示例性阐述的那样，在一些实施方式中，仅借助简单算法分析处理三个信号来获得与强度无关的相位信号。由此可以实现测量速率达到mhz范围。

图2中示出的光学单元7a是共光路干涉仪，该共光路干涉仪的核心特性在于：将两个射束17a、17b之间的时间相位波动转换成表征总射束19的线性相位矢量，该相位矢量具有可变的方向，这两个射束在放大器单元3a、3b的之前阐述的马赫-曾德尔配置的输出端处叠加并且彼此正交地偏振。这种光学系统有时也称为几何相位干涉仪。例如已知，共光路干涉仪被用作用于干涉光刻的长度测量干涉仪和相位探测器，例如参见v.p.kiryanov等人的《laserlinearandangulardisplacementinterferometer》(optoelectronicsinstrumentationanddataprocessing，no.4，1994avtometriya)。

根据在此公开的方案，使用附加的干涉仪来进行相位探测，由此可以获取基本上纯的相位信息。

此外，与共光路干涉仪不同，在经典的马赫-曾德尔干涉仪中，正交偏振被投影到共同平面上，以便获得干涉。然而在此，可能会失去具有与强度无关的正交信号的可能性。共光路特性使得在此公开的结构尤其在校准误差、振动等方面是稳健的。

根据在此公开的方案，借助纯相敏干涉仪来实现相对相位的测量。

在光学单元7a中，在射束输入端33处接收测量部分19'并且借助λ/4波片35刻印与相位相关的偏振矢量。参照经放大的激光射束17a、17b的偏振态27a、27b，λ/4波片35将偏振态27所基于的两个线偏振转换成两个反向的圆偏振27'。与线偏振的叠加一样，这两个圆偏振27'的叠加得到线偏振，该线偏振的取向取决于圆偏振的或正交输入偏振的相对相位。该相对相位被转换成最终得到的偏振矢量的取向。在此，偏振矢量的一个完全旋转相应于一个波长的相对相移。

通过衍射光栅37来实现分成三个测量射束31a、31b、31c，相应的测量射束路径32a、32b、32c被分配给这三个测量射束。在每个测量射束路径32a、32b、32c中分别存在一个线性偏振器39a、39b、39c。偏振器39a、39b、39c后面的强度分别借助光电二极管41a、41b、41c被转换成电信号，这些电信号然后例如被提供给分析处理单元9的调节电子装置。在具有大直径的测量射束的情况下，测量射束路径32a、32b、32c还分别具有透镜43，以便将这些测量射束聚焦到光电二极管41a、41b、41c上。

如果每个测量射束31a、31b、31c的根据相对相位旋转的偏振矢量穿过所属的偏振器39a、39b、39c，则偏振器39a、39b、39c后面的强度与偏振矢量到偏振器39a、39b、39c的透射平面上的投影成比例。因此，该强度是周期是λ/2(λ在此通常是激光辐射的平均波长)的正弦函数。因此，穿过偏振器39a、39b、39c的方向确定了正弦形强度信号的相位，该正弦形强度信号借助光电二极管41a、41b、41c所探测。在图2中示意性地示出示例性的强度变化过程43a、43b、43c。

然而，这些强度变化过程43a、43b、43c中的每个也与经放大的激光射束17a、17b的强度相关。现在，分成三个测量射束31a、31b、31c能够实现：通过两对光电探测器信号的求差来产生与强度无关的相位矢量45。为此，如在图2中示意性示出的那样，借助偏振器39a、39b、39c在三个空间方向上构造投影，使得获得具有相对相位“+90°”、“0°”和“-90°”的正弦信号——在下文中称为i(+90°)、i(0°)和i(-90°)。

如果根据i(+90°)-i(0°)以及i(-90°)-i(0°)来构造光电二极管41a、41b、41c的正弦信号的差值，则获得两个信号i(+45°)和i(-45°)，这两个信号一起表示具有x值和y值的正交信号47。经放大的激光射束17a、17b的强度波动分别仅导致如下幅度变化：所述幅度变化对于两个信号i(+45°)和i(-45°)来说是相同的。

现在可以根据来确定相对相位其中，相同的幅度变化被消除(herauskürzen)。如此产生的确定经放大的激光射束17a、17b之间的相对相位的相位信号——尤其相位矢量45可以用作相位稳定调节回路的误差信号，所述误差信号尤其可以用于操控延迟设备11。

在下文中，示例性地阐述相位测量的强度无关性。假设：两个输入射束在x和y方向上正交地偏振，并且y偏振射束相对于x偏振射束的相移是为了简化还假设：波片是无损耗的，并且电场可以被分解成具有相同幅度的两个正交分量(相应于波片的轴线)。

对于x偏振射束以及y偏振射束，电场可以写成如下：

在对两个射束进行叠加之后得出总激光射束：

在此，幅度和相位在波片的快轴线方向或慢轴线方向上合成：

如果在两个轴线方向上确定强度if和is，则这些强度表现出与和的相同的相关性：

因此，光电二极管信号的相应偏移a和相应幅度b与偏振滤光器/偏振器的取向无关。

因此，在在此公开的用于相对相位测量的方案中，以及尤其在图1至

图3中示意性示出的具有相应信号处理的光学单元中，经分析处理的相位信息同样基本上与两个经放大的激光射束17a、17b的强度无关。

在图3和图4中，示意性示出光学单元的替代实施方式，该替代实施方式也能够实现与强度无关地确定相位信号的测量方法。在以下阐述中，尽可能对基本上相同的特征保留相同的附图标记。

与图2所示的结构不同，在根据图3的光学单元7b的实施方式中，在射束输入端33处不将测量射束所基于的部分射束转换成圆偏振，而是借助波长片使三个测量射束中的仅两个——在此示例性地使测量射束31a、31c发生相移。因此，测量射束路径32a'和32c'分别具有λ/4波片51a、51b，其中，快轴线/慢轴线的定向相对于彼此旋转90°。后者在图3中通过绘图平面(λ/4波片)中的矢量或垂直于绘图平面(λ/4波片51b)的矢量表示。

此外，所有三个测量射束路径32a'、32b'、32c'具有相同定向的偏振器49，也就是说，投影方向对于所有三个测量射束路径32a'、32b'、32c'相同。

在下文中描述替代实施方式，其中，与光学单元7a不同，在射束输入端33处不产生圆偏振并且不产生旋转偏振矢量。为了使测量部分中的正交偏振贡献干涉，例如可以将偏振滤光器成45°地放置在射束路径中。因此，例如在中间的光电二极管处获得与相位相关的正弦调制。借助延迟片，可以在每个另外的测量射束路径中调节固定的偏移相位。例如，可以使用两个λ/4波片，其中，一个波片的快轴线水平取向，并且另一波片的快轴线垂直取向。以这种方式，将会在光电二极管信号中获得+/-90°的相位偏移。替代地，也可以建立其他相位偏移——例如约90°和180°。原则上，可以在这种结构中调节任意的其他偏移，其中，需要设置至少三个测量射束用于正交信号处理。

图4所示的光学单元7c是图3所示的光学单元7b的相应改型。它们的结构基本上是相对应的，从而为了更好地概述而省去了相应的附图标记。不同之处在于测量射束路径32c”，在该射束路径中，λ/2波片53代替了λ/4波片，这导致相位发生改变。波片51a、53在其关于相应测量射束路径32a'、32c”中的偏振的定向方面如此取向，使得快轴线彼此平行——并且尤其(在最佳情况下)同时平行于测量射束的偏振方向中的一个。相应地，在相应测量射束路径32a'、32c”中出现彼此相移的线偏振。因此，在所述实施方式中，不出现旋转矢量，而是出现线偏振和圆偏振之间的切换。

光学单元7b、7c的配置例如又能够实现产生正交信号47，借助所述正交信号可以根据与强度无关的、取决于相对相位旋转的相位矢量45来调节相干合成。

分析处理单元9包括用于模拟分析处理和/或数字分析处理的电子构件和/或计算机系统，其中，以上描述的分析处理步骤可以在调节过程的范畴内实现。例如，光电二极管41a、41b、41c的电信号首先穿过跨阻放大器，所述跨阻放大器在输出端输出与光强度成比例的电压。借助差分放大器，分别由两个电压信号构造正交信号的正弦部分或余弦部分。通过附加的合适的功能组，可以对电信号的幅度和偏移进行匹配，从而得到理想的正交信号，该正交信号可以借助模数转换器采样。其他处理通常数字地借助计算机系统实现。替代地，可以直接采样跨阻放大器的输出信号，其中，然后在计算机系统中实现正交信号的匹配和产生。通过光电探测器的纯相位测量尤其允许：通过匹配单个光电探测器信号的以及通过匹配相位矢量45的幅度来对偏移进行匹配。因此，可以给各个测量射束路径电子地再调节(nachregeln)基本上相同的信号强度。

一般地，为了计算用于延迟设备的相位信号和/或控制信号，可以使用数字计算机系统和/或模拟信号处理。

在所述实施例中，已经谈及彼此尤其旋转π/2的投影方向，因为这可以导致良好的对比度。因为，偏振器的透射在旋转π——例如在0°和180°的情况下是相同的，所以得出分析处理信号的周期是λ/2。也就是说，45°、0°和+45°的滤镜角度分别相应于所透射的强度信号的90°、0°、+90°的相位。因此，图中的角度说明涉及的是光电二极管信号。一般地，例如如果有多于三个测量射束可供使用，其中，可能尤其需要在没形成正交信号的情况下对分析处理进行匹配，则在光学单元中也可以使用其他不同的偏振方向和投影方向。

总的来说，在此结合图1至图4所公开的测量相对相位的方案实现了一种用于相干合成激光射束的方法，在该方法中，为了形成总激光射束，在共同的传播路程上对具有不同偏振态的两个激光射束进行叠加。在此，在一种基本上与强度无关的零差测量方法中，确定两个激光射束之间的相对相位，并且对光程长度差进行匹配以稳定总激光射束的偏振态。

在所述方法中，基本上与强度无关的零差测量方法可以包括以下步骤中的一个或多个：分离出(abspalten)总激光射束的测量部分，将测量部分分成三个测量射束，形成三个偏振态，将这三个偏振态投影到共同的投影方向上或将三个测量射束投影到三个投影方向上。其他构型能够由激光器系统和光学单元的实施例的描述中得出。

接下来描述零差测量的其他实施方式，其中，在在射束横截面上延伸的干涉图案的相应相位偏移位置处进行强度测量。以便给相位调节提供具有不同相位偏移的光电探测器信号。对于测量，相干激光射束尤其以一角度延伸，使得激光射束的叠加区域经过不同的路程长度，并且彼此相邻的相位偏移位置具有不同的路程长度差，这些路程长度差导致产生干涉条纹图案。

激光射束的传播方向之间的角度在此可能已经存在于相位调节系统的射束输入端上，或者，尤其可以从共线叠加的激光射束开始产生。例如，类似于图1中借助两个分束器在分束器15a的输出端上的叠加，在相应地调整镜21的情况下，在两个激光射束之间可以存在相应的角度。

图5示出用于从共线叠加的测量部分119'出发产生分束角的方案。测量部分119'例如分别基于两个激光射束，但这两个(可能经放大的)激光射束彼此正交偏振。在图5中，线偏振示意性地以箭头127表示。双折射棱镜137由于偏振相关的折射而导致相干激光射束117a、117b之间产生角度α。由于激光射束117a、117b的正交偏振，为了引起干涉，在双折射棱镜137的射束下游在两个很大程度上重叠的射束路径中引入偏振滤光器139。偏振滤光器139如此取向，使得激光射束117a、117b在射束下游具有至少部分干涉的偏振态。例如在图5中，透射方向165表示相对于正交的线偏振方向成45°。

所产生的(分束)角如此选择，使得激光射束117a、117b在传播区段118a中仅彼此稍微发散，从而激光射束117a、117b在中央区域118b中叠加。在那里，在角度α的方向上在射束横截面上产生干涉图案161。在图5中示意性地在绘图平面中从下向上示出干涉图案。

一般地，该角度处于0.01°至0.02°的范围内，使得在例如3mm至20mm的射束直径的情况下，例如±90°的相邻相位偏移差之间的距离是1mm，并且这能够借助相应的光电探测器测量。

为了阐明，在图5中示出三个测量射束区域131a、131b、131c。在这三个测量射束区域131a、131b、131c中的两个相邻的测量射束区域之间，在干涉图案161中分别存在90°的相位偏移差。借助布置在测量平面163中的三个光电探测器141a、141b、141c(例如光电二极管)可以给分析处理单元提供相应于相位偏移的光电探测器信号，以分析处理和产生控制信号。控制信号相应于相干激光射束之间的相对相位并且可以相应地被用于操控延迟设备。控制信号的产生例如可以在结合图1至图4描述的信号处理中实现。

在基于分析处理干涉条纹图案的一些实施方式中，除了使用各个探测器以外，例如可以使用定位在测量平面中的行传感器或像素传感器。

此外，倾斜(在由角度展开的平面中的)所使用的测量平面会导致条纹图案被投影到这些平面上，其中，测量平面中的条纹距离能够被调整，因为该条纹距离随着所述角度的增大而增大。例如可以利用倾斜所使用的测量平面来调整各个探测器之间的相位偏移。例如在如下情况下需要所述倾斜：例如要将具有预确定距离的探测器单元用于更小的条纹周期。在此，如此长时间地扩大(从相对于激光射束正交的取向出发的)倾斜角度，直至条纹周期和探测器距离彼此匹配。

总体来说，结合图5所公开的借助干涉条纹来测量相对相位的方案也实现了一种用于相干合成激光射束的方法，在所述方法中，为了形成总激光射束，在共同的传播路程上对具有不同偏振态的两个激光射束进行叠加。在所述方法中，基本上与强度无关的零差测量方法可以包括以下步骤：将具有干涉偏振态的两个相干激光射束如此叠加，使得至少三个测量射束区域131a、131b、131c在所叠加的相干激光射束的射束横截面中分配有不同的相位偏移；基于至少三个测量射束区域131a、131b、131c来确定两个激光射束之间的相对相位，其中，尤其检测至少三个测量射束区域131a、131b、131c中的每个的强度值，并且将该强度值作为用于信号处理——尤其作为用于正交信号处理的输入参量提供；在对两个激光射束进行叠加之前，匹配这两个激光射束之间的光程长度差，以基于所确定的相对相位来稳定干涉图案。

放大器单元的示例是光纤放大器单元——例如晶体光纤放大器单元、钛:蓝宝石放大器单元、棒放大器单元(stab-)、板放大器单元、盘放大器单元、光学参量放大器单元、半导体放大器单元以及尤其再生的单通道和/或多通道放大器单元。

因此，(脉冲式或cw)放大器系统——例如多通道配置中的或基于厚板(slab)的基于钛:蓝宝石或基于光纤激光器的放大器单元——在使用在此描述的零差的并且基本上与幅度无关的相位测量中相干合成。脉冲激光器系统的重复率例如可以处于1hz或几hz直至100khz或甚至直至1mhz或多个mhz的范围内。示例性的脉冲持续时间处于ns、ps和fs的范围内。示例性的再生激光器系统和再生激光器级(它们可以借助在此公开的方案相干合成)例如在t.metzger等人的《high-repetition-ratepicosecondpumplaserbasedonyb:yagdiskamplifierforopticalparametricamplification》(opt.lett.34,2123-2125页(2009))中所公开。示例性的基于光纤放大器的激光器系统在一开始提及的由a.klenke等人的公开文献中所描述。

此外，在此描述的方案也可以应用于可扩展的光学放大器装置，该光学放大器装置例如在de102010052950a1中所公开。在已经将两对或更多对放大器系统分别相干合成之后，尤其也可以再次相干地叠加所叠加的输出射束。以这种方式可以相应地实现经扩展的输出功率。

明确强调的是，出于原始公开的目的，同样出于限定所要求保护的发明的目的，所有在说明书中和/或权利要求书中公开的特征应视为相互分开和独立的，与在实施方式中和/或在权利要求中的特征组合无关。明确坚持的是，出于原始公开的目的，同样出于限定所要求保护的发明的目的，所有范围说明或单位组的说明公开任意可能的中间值或单位子组，尤其也公开范围说明的界限。