用于对激光脉冲进行光谱展宽的设备和光学系统的制作方法

1.本发明涉及一种用于对激光脉冲进行光谱展宽的设备以及一种具有这种设备的光学系统。


背景技术：

2.对于确定的应用，例如为了产生x射线或euv辐射，有利的是，产生在大约10fs至大约100fs的数量级上的脉冲持续时间的超短激光脉冲。产生小于400fs的脉冲持续时间在材料加工中也是有利的，也就是说，小于通常能够借助高功率激光源或高功率(圆盘状)激光放大器实现的在大约800fs的数量级上的脉冲持续时间的脉冲持续时间。激光脉冲的高功率尤其也可以借助适合高功率的放大器材料、例如借助镱掺杂的材料来产生。
3.为了缩短激光脉冲的脉冲持续时间，已知的是，对激光脉冲进行非线性光谱展宽并且在所述光谱展宽之后对激光脉冲进行时间压缩，为此例如可以使用色散光学元件。通过这种方式可以将激光脉冲的脉冲持续时间典型地以系数10-20缩短，其中，脉冲质量和射束质量在很大程度上保持不变。
4.对于激光脉冲的光谱展宽，可以使用具有非线性光学性能的介质，在该介质中，激光脉冲通过自相位调制获得非线性相位并且因此产生新的频率。自相位调制或非线性相移的原因是克尔效应，即非线性折射率变化，该非线性折射率变化取决于穿过非线性光学介质的激光辐射的强度。
5.为了产生自相位调制，可以使用不同的非线性光学介质。例如，为此目的可以使用光纤或者空芯光纤。另一种可能性在于，激光射束穿过非线性固态介质(疏松材料，bulk-material)。例如，激光射束可以在这种情况下穿过透明的板该透明的板具有带有非线性折射率的非线性材料、例如sio2，如在us2011/0299152a1中描述的那样。
6.另一种用于产生自相位调制的可能性在于，使用多通池(赫里奥特池，herriott-zelle)，该多通池填充有气体，该气体用作非线性光学介质。在文章《nonlinear pulse compression based on a gas-filled multipass cell》，l.lavenu等，《optics letters》，第43卷，第10期，2018中，例如将氩气用作气体填充的多通池中的非线性光学介质。
7.在de 10 2014 007 159 a1中同样描述一种多通池，该多通池具有呈气态介质或者固态介质的形式的非线性光学介质。多通池具有至少两个镜元件，在所述镜元件上多次反射穿过该池的激光脉冲。非线性固态介质可以作为光学元件布置在镜元件之间。镜元件的衬底也可以用作非线性固态介质，在该衬底的后侧面上施加有高反射涂层。替代镜衬底地，也可以将施加到镜元件的前侧上的薄的光学元件用作非线性光学固态介质。薄的非线性光学元件可以以黏着、粘贴、外延施加的方式或者以其他方式紧固在该镜元件上。
8.用于产生自相位调制的组件影响射束焦散面或射束引导并且因此影响所得的射束质量。如de 10 2014 007 159 a1所述，能够为了自由传播而理想地如此选择光学组件的古依参数ψ，该古依参数表示在穿过该光学组件时获得(aufsammeln)横向特征模式(基本模
式)的古依相位或古依相位差，使得该光学组件既不位于等效谐振器的稳定性区域的边缘上、也不位于该稳定性区域的中心，即：0《ψ《π。此外，对于激光脉冲的良好可压缩性而言有利的是，非线性可以以适应于传播的方式尽可能以小剂量引入。
9.对于高的平均功率和在μj范围中直至个位数的mj范围的中等的脉冲能量，通常使用气体填充的或者后侧面涂覆的赫里奥特池。对于在100mj范围中及以上的脉冲能量，使用典型地具有大的焦点直径的气体填充的赫里奥特池。这导致，赫里奥特池相对较长(例如在200mj的脉冲能量的情况下具有大约10m的长度和在将氦气用作填充气体的情况下具有500fs的待压缩的脉冲持续时间)，并且单片的镜元件需要4英寸及以上的大直径。


技术实现要素：

10.本发明基于以下任务：提供一种具有紧凑的结构形状的、用于对具有高脉冲能量的激光脉冲进行光谱展宽的设备。本发明还基于以下任务：提供一种具有这种设备的光学系统。
11.该任务通过一种用于对激光脉冲进行光谱展宽的设备，该设备包括：多个镜元件，在所述镜元件上分别形成有用于反射激光脉冲的镜面，其中，所述多个镜元件紧固在基体上，以及至少一个优选是板形的、尤其是盘形的非线性光学固态介质和/或气态非线性光学介质，所述非线性光学固态介质和/或气态非线性光学介质用于激光脉冲的穿过，用于通过自相位调制产生非线性相位。非线性光学固态介质可以与基体或与镜元件间隔开或者可以安装或紧固在相应的镜面上。激光脉冲传播穿过非线性固态介质和/或穿过气态非线性光学介质至少一次。气态非线性光学介质典型地位于镜元件或镜面的环境中，或所述镜元件或镜面布置在气态非线性光学介质中。
12.在根据本发明的设备中充分利用以下情况：在对激光脉冲进行光谱展宽时不像例如在开篇引用的de 10 2014 007 159 a1中描述的那样需要单片的镜元件：相反，将多个相对较小的镜元件用于反射激光脉冲就足够了。与在具有相对较大的直径的单片的镜元件的情况下相比，所述镜元件的镜面的制造或(最终)加工明显较不复杂并且因此较不昂贵。在损坏相应的镜元件的情况下，也可以只更换相应的镜元件，而在损坏大的单片的镜的反射涂层的情况下必须更换整个镜。
13.在利用多个单镜时在使用单独的光学机械装置对各个镜元件进行定向的情况下，该设备可能由于长时间漂移、例如由于热循环而失调。尤其是在力求达到的、输入激光辐射的例如大于50w的高平均激光器功率的情况下是这种情况，在所述高平均激光器功率的情况下，设备的失调可能是难以防止的。
14.通过紧固在通常一件式的或者单片接合的基体上——典型地通过固定的或持久的连接，例如通过直接接合(键合)、焊接或者粘贴——可以使失调自由度降低到最小值，使得可以在实际上在设备运行期间排除镜元件的失调。
15.非线性光学固态介质通常不是适合用于放大激光脉冲的激光活性固态介质(放大器材料)。尤其呈镱掺杂的yag形式的这种放大器材料可以用作光谱过滤器并且抵消对激光脉冲的光谱展宽，使得不能够实现力争达到的对光谱带宽的增加或者不能够在后续过程中对脉冲进行良好的时间压缩。用于对激光脉冲进行光谱展宽的设备典型地构造用于使射入到该设备中的激光脉冲的光谱带宽至少加倍。
16.在一种实施方式中，所述镜面形成在至少一个镜元件的表面上，在所述至少一个镜元件的表面上紧固有相应的非线性光学固态介质。非线性光学固态介质典型地构造呈板的形式。对于每个配置，需要匹配该板的厚度。对于高脉冲能量，这导致板必须非常薄。在使用相对较小的镜元件的情况下，非线性光学固态介质的小厚度通常不成问题，然而在使用大的、后侧面涂覆的、单片的镜元件的情况下，这难以实现。
17.为了获得形状稳定性(formtreue)，将相应的板形非线性光学固态介质紧固在相应的镜元件的表面上。固态介质紧固在其上的镜元件的表面的几何形状在此典型地与板形固态介质的后侧面的几何形状一致，使得镜元件的表面和板形固态介质的后侧面平面地彼此贴靠。镜元件的镜面典型地形成非线性光学固态介质与表面之间的界面，在该表面上，该非线性光学固态介质紧固在镜元件上。
18.非线性光学固态介质在镜元件上的紧固可以是固定的、持久的紧固，该紧固例如在使用接合剂、例如粘接剂的情况下建立。板形非线性固态介质必要时可以外延地或者非结晶地施加到表面上。原则上也能够实现可松脱的紧固，例如通过黏着到镜元件的表面上。可松脱的连接是有利的，因为该可松脱的连接能够实现，通过简单的方式匹配非线性的强度，因为可以将具有不同厚度的和/或由不同材料构成的板形非线性光学固态介质紧固在镜元件上。在持久的紧固的情况下，也可以对非线性光学固态介质的厚度或材料进行微调，以便产生优化的光谱脉冲展宽。
19.在一种优选的实施方式中，该设备包括多个另外的镜元件，所述另外的镜元件具有另外的镜面，其中，所述多个另外的镜元件紧固在另外的基体上，并且其中，基体和另外的基体以预给定的彼此之间的间距布置，用以形成多通池。在该实施方式中充分利用以下情况：正如本领域技术人员所熟悉的那样，在射入的激光脉冲的适合的定向的情况下或在多通池的适合的尺寸的情况下，多通池中的激光脉冲通常只在预给定的位置上沿着椭圆、圆或者必要时略微不同于圆的轮廓围绕多通池的光学轴线入射并且从那里被反射。如果在沿圆周方向典型地等距布置的位置上分别安置镜元件，则替代典型的、通常限界多通池的单片镜元件地，可以使用多个相对较小的镜元件来反射激光脉冲。
20.通过在大的射束中使用非线性光学固态介质，而不使用气态非线性光学介质，可以降低多通池中的压力，由此可以通过高脉冲能量抵消存在于多通池中的气体在焦散面的焦点中的离子化。通过这种方式可以实现相对较小的焦点直径，使得可以以更紧凑的结构形状实现多通池。
21.但是，当激光脉冲的光谱展宽仅通过气态非线性光学介质产生时，即当该设备不具有非线性光学固态介质时，也可以以相对较紧凑的结构形状实现多通池。应当理解，该设备也可以具有由气态非线性光学介质和非线性光学固态介质构成的组合以用于实现光谱展宽。
22.在该实施方式的一种扩展方案中，另外的镜面形成在另外的镜元件中的至少一个另外的镜元件的表面上，在所述另外的镜元件中的至少一个另外的镜元件的表面上紧固有非线性光学固态介质。多通池的以下镜面或另外的镜面的数量取决于应借助多通池来调设的非线性相位：在所述镜面或另外的镜面上紧固有非线性光学固态介质。原则上，以下镜面或另外的镜面的数量可以在唯一的镜面或者唯一的另外的镜面与多通池的所有镜面和所有另外的镜面之间变化：在所述镜面或另外的镜面上紧固有非线性光学固态介质。在将非
线性光学固态介质分布到多通池的镜面和另外的镜面上的情况下，已证明为有利的是，非线性光学固态介质以非周期性分布或不定期地分布的方式布置。
23.在一种实施方式中，在激光脉冲在设备中的射束路径(传播路径)中，更准确地说在多通池中，布置有至少三个非线性光学固态介质，其中，射束路径的、在射束路径中每两个相邻的非线性光学固态介质之间的区段的长度的大小不同。优选地，射束路径的在射束路径中每两个相邻的非线性光学固态介质之间的区段的长度随着激光脉冲在设备中的射束路径的长度(从激光脉冲进入到设备中起测量)的增加而减小。所述至少三个非线性光学固态介质典型地紧固在至少三个不同的镜元件或另外的镜元件上。
24.在该实施方式中，并非在所有镜元件或另外的镜元件上都紧固有非线性光学固态介质。由于在射束路径中彼此相继的非线性光学固态介质的射束路径的区段的不同长度，可以产生或促进进一步在上文描述的非周期性。已经证明为有利的是，非线性效应随着激光脉冲在设备中的传播的长度或随着在镜元件上并且必要时在另外的镜元件上的反射的数量的增加而增加。这种增加可以通过下述方式来实现：射束路径的在每两个相邻的非线性光学固态介质之间的区段的长度随着激光脉冲在设备中的射束路径的长度的增加而减小。
25.在另一种实施方式中，在至少一个镜元件的至少一个表面上和/或在至少一个另外的镜元件的至少一个表面上紧固有至少两个非线性光学固态介质，所述至少两个非线性光学固态介质的厚度的大小不同，其中优选地，非线性光学固态介质的厚度随着激光脉冲在设备中的射束路径的长度(从激光脉冲进入到设备中起测量)的增加而增加。通过非线性光学固态介质的厚度的变化，也可以产生或促进非周期性。由于非线性光学固态介质的厚度随着射束路径的长度的增加而增加，同样可以实现，设备中的非线性效应随着激光脉冲的射束路径的长度的增加而增加(前提是，将相同材料用于非线性光学固态介质)。
26.应当理解，非线性光学固态介质的厚度和非线性光学固态介质的密度或数量随着射束路径在设备中的长度的增加而增加可以相结合，以便实现，非线性效应的强度随着设备中的射束路径的长度的增加而增加。为此目的，也可以使用多个不同的非线性光学固态介质，所述非线性光学固态介质在其非线性折射率方面不同，其中，相应的非线性光学固态介质的非线性折射率随着设备中的射束路径的长度的增加或随着镜面上的或另外的镜面上的反射的数量的增加而增加。
27.应当理解，在穿过该设备时激光脉冲获得的非线性效应的强度不必一定随着射束路径的长度的增加而增加。
28.在一种实施方式中，至少一个镜元件的镜面通过板形非线性光学固态介质的面向镜元件的侧面上的(高)反射涂层形成，和/或其中，至少一个另外的镜元件的另外的镜面通过板形非线性光学固态介质的面向另外的镜元件的侧面上的(高)反射涂层形成。如进一步在上文中描述的那样，非线性光学固态介质借助其后侧面紧固在镜元件的表面上。如果所述紧固在使用接合剂的情况下进行，则有利的是，非线性光学固态介质的面向镜元件的(后)侧面形成该镜面。如果非线性光学固态介质黏着在镜元件的表面上，则镜元件的表面必要时本身可以具有反射涂层，即在这种情况下，表面本身用作镜面。在背离相应的镜面或另外的镜面的侧面上，相应的板形非线性光学固态介质可以具有抗反射涂层或者抗反射微结构。
29.在另一种实施方式中，至少一个镜面和/或至少一个另外的镜面是凹形弯曲的，并且优选地，相应的非线性光学固态介质同样是凹形弯曲的。在多通池的情况下，一般需要该凹形曲率，以便产生映射或以便在进一步在上文描述的预给定的位置上沿着椭圆或圆反射激光脉冲。镜面的曲率匹配于相应的非线性光学固态介质的物理材料性能和非线性材料性能。在镜面反射之间获得的古伊相位也可以通过在多通池中传播的过程中的、镜面的不同(典型地，球面)曲率来匹配。除了镜面的不同曲率之外，也可以将不同材料用于各个镜元件的非线性光学固态介质，以便在穿过多通池传播的过程中匹配或以适合的方式调设古伊相位/非线性效应。尤其是在大的曲率半径的情况下，各个镜元件或其镜面可以平坦地实施(准准直的情况)。镜面的凸形弯曲也是可能的(参见下文)。
30.在另一种实施方式中，多个镜面和多个另外的镜面分别位于共同的球面上。在呈赫里奥特池形式的多通池的情况下，限界该池的两个镜元件的镜面分别是球面弯曲的并且具有相同的曲率半径。球面弯曲的镜面的两个曲率中心点位于共同的直线上，该共同的直线形成多通池的光学轴线(中心轴线)。在此描述的情况中，镜元件的或另外的镜元件的镜面分别位于共同的球面上，更准确地说位于形成球面的截面的圆上。
31.在另一种实施方式中，多个镜面和多个另外的镜面具有1m与15m之间的曲率半径。在这种情况下，多通池以与同心谐振器相似的方式运行，该同心谐振器相对于焦点中的透镜是稳健的。镜面的曲率半径分别匹配于两个基体的所选择的间距并且因此匹配于多通池的长度。
32.在一种替代的实施方式中，多个镜面和多个另外的镜面具有小于1000m且大于10m、优选大于20m的曲率半径。在这种情况下，借助准准直的射束或激光脉冲在平-平谐振器的机制(regime)中运行该多通池。
33.在借助准准直的射束运行多通池的情况下，所有镜元件的总折射力(gesamtbrechkraft)优选在5m与无穷大之间。在准准直的射束并且因此小角度的情况下，可以使用近轴近似来计算总折射力。
34.在近轴近似的情况下，总折射力d
ges
由相应的镜元件的折射力di相加组成。第i个镜元件的折射力di在此通过di＝1/fi给定，其中，fi表示第i个镜元件的焦距。对于相应的焦距fi适用：fi＝ri/2，其中，ri表示第i个镜元件的曲率半径。
35.原则上，尤其是在准准直的射束的情况下，至少一个镜面或另外的镜面可以具有凹形曲率，至少一个镜面或另外的镜面可以具有凸形曲率，和/或至少一个镜面可以平坦地构造。在确定总折射力时，凸形弯曲的镜面的曲率半径计为负数，凹形弯曲的镜面的曲率半径计为正数。如此选择凹形弯曲的和/或凸形弯曲的镜面的总折射力，使得出现期望的总传播。对于准准直的传播的上述例子，总折射力典型地在上文给出的值范围中，即在大约5m与无穷大之间。
36.在另一种实施方式中，基体与另外的基体之间的间距小于1.5m、优选小于1m。如进一步在上文描述的那样，可以以相对较小的结构空间实现在此描述的多通池，该多通池适合用于对具有大于大约100mj的脉冲能量的激光脉冲进行光谱展宽。
37.在另一种实施方式中，多个镜元件形成转向装置，在该转向装置中，多个镜元件的优选平坦的镜面如此定向，使得激光脉冲从相应的镜面通过盘形的非线性光学固态介质或者通过端镜的暴露的、优选凹形弯曲的镜面转向至其他镜面，其中，转向装置和盘形的非线
性光学固态介质或者暴露的镜面以预给定的彼此之间的间距布置，用以形成多通池。多个镜元件应理解为至少两个、一般大于两个的镜元件。典型地，至少四个镜元件紧固在基体上。
38.发明人认识到，当使用盘形的非线性光学固态介质、而非盘形的激光活性介质时，例如可以使用在进一步在上文引用的us 2019/0173257 a1中描述的转向装置来对激光脉冲进行光谱展宽，该转向装置在那里在光学放大器中、更准确地说在圆盘状激光放大器中使用。除了以与转向装置的基体具有预给定的间距的方式布置的盘形的激光活性介质之外，也可以在一个或者多个转向镜上安装非线性光学固态介质。转向装置的多个镜元件典型地具有平坦的镜面，即在转向装置上一般不进行激光脉冲的聚焦。因此，转向装置的使用能够实现，在没有中间焦点的情况下进行工作，使得必要时可以省去将光学组件抽成真空或压力不必像在具有中间焦点的多通池的情况下那样降低得如此多。
39.非线性光学固态介质在此布置在与在激光放大器的情况下盘形的激光活性介质的布置部位相同的布置部位上。非线性光学固态介质可以安装或紧固在散热片上或载体上或端镜(endspiegel)上。
40.替代地可能的是，多通池具有端镜，该端镜的镜面以与转向装置具有预给定的间距的方式布置。端镜或其镜体在这种情况下具有暴露的镜面，在该暴露的镜面上未紧固有非线性光学固态介质。在这种情况下，端镜典型地一件式地构造并且仅具有暴露的镜面，不具有另外的镜面。在以适合的方式设计多通池的情况下可能的是，将端镜的尺寸、更确切地说其直径的尺寸确定为比在传统赫里奥特池的情况下小。相反，转向装置的基体一般具有较大的直径，在该基体上安装有多个镜元件。
41.如果多通池具有带有暴露的镜面的端镜，则非线性相位一般通过气态非线性光学介质产生，该气态非线性光学介质引入到端镜与转向装置之间。替代于或者附加于使用气态非线性光学介质，在转向装置的镜元件上可以紧固有另外的、优选板形的非线性光学固态介质，所述另外的、优选板形的非线性光学固态介质产生该非线性相位或者该非线性相位的一部分。
42.无论是在多通池具有暴露的镜面的情况下，还是在多通池具有至少一个非线性光学固态介质的情况下，典型地如此选择与转向装置的间距，使得在多通池中可以近似存在期望的等效的特征模式(参见下文)。在这种情况下，转向装置的镜元件的典型平坦的镜面如此定向，使得在多通池中在盘形的非线性固态介质或暴露的镜面与转向装置之间实现期望数量的循环(umlauf)，即期望数量的反射。激光脉冲的耦合输入和耦合输出在此可选地可以通过转向装置的基体中的开口(例如用于缺少的或未被占用的镜元件的孔)、通过单独的耦合输入镜和/或耦合输出镜或者其组合实现。
43.在另一种实施方式中，所述设备包括壳体，多通池布置在该壳体中，以及优选地包括泵装置，该泵装置用于将壳体抽成真空。泵装置例如可以是真空泵，该真空泵将壳体内的压力降低为例如大约100mbar至大约0.1mbar或者以下。尤其是如果应对具有特别高的脉冲能量的激光脉冲进行光谱展宽，则需注意，存在于多通池中的一种或多种气体不被离子化。通过降低多通池中的压力，可以抵消存在于多通池中的气体的离子化，使得可以产生多通池中的激光脉冲的较小的最小射束直径，这同样有助于减小多通池的结构长度。
44.原则上，在使用泵装置以用于将壳体抽成真空时或用于在多通池中产生降低的压
力时，也能够使用气态非线性光学介质来产生非线性相位。但是，尤其是在这种情况下也可以省去泵装置。多通池的壳体是气密的，并且典型地具有至少一个对于激光脉冲的波长而言透明的窗口，以便将激光脉冲耦合输入到多通池中或耦合输出激光脉冲。对于泵装置设置用于将壳体抽成真空的情况，气密的壳体必须附加地还是压力密封的。
45.在另一种实施方式中，非线性气态介质引入到壳体中并且优选从以下组中选择，所述组包括：惰性气体(he、ne、ar、kr、xe)或者其他多原子气体(例如氮气)或者气体混合物，该气体混合物尤其是空气。在本技术的意义上，气态非线性介质也应理解为由引入到壳体中的两种或者更多种气体组成的混合物。无论是在该实施方式中，还是在不引入气态非线性介质到壳体中的情况下，都有利的是，控制壳体中的气体氛围，即不仅控制或者必要时调节壳体中的一种或多种气体的类型，还控制或者必要时调节壳体中的一种或多种气体的压力。为此目的，该设备可以具有至少一个能够控制的入口阀和/或至少一个能够控制的出口阀。此外，为了调节压力，该设备可以具有压力测量器或压力传感器。
46.在一种实施方式中，非线性光学固态介质具有镜面，该镜面优选是凹形弯曲的(当在射束方向上朝向非线性光学固态介质观察时)。固态介质典型地具有镜面，该镜面呈在背离转向装置的侧面上的(高)反射涂层的形式，以便使激光脉冲在穿过固态介质(两次)之后反射回至转向装置。在面向转向装置的侧面上，非线性光学固态介质可以具有抗反射涂层或者抗反射微结构。镜面典型地是凹形弯曲的，以便抵消由于衍射引起的发散度。固态介质本身一般具有恒定的厚度，并且因此同样是弯曲的。具体而言，需要在衍射和能够预期的克尔透镜方面匹配曲率。替代非线性光学固态介质地，施加有固态介质的表面也可以具有(优选凹形弯曲的)镜面。在这种情况下，非线性光学固态介质和镜面具有相同的曲率。
47.在一种实施方式中，基体上的镜元件在至少一个、优选在多个圆环中(或者在多个规则的多边形、例如六边形中)同心地围绕基体的中心轴线布置，典型地，盘形的非线性光学固态介质的中心也位于该中心轴线上。如在进一步在上文引用的us 2019/0173257 a1中描述的那样，通过镜元件相对于中心轴线的规则布置能够实现，只需要少量不同类型的镜元件。
48.在另一种实施方式中，为了在盘形的非线性光学固态介质上产生激光脉冲的与中心错开的照射位置，镜元件中的至少两个镜元件以与基体的中心轴线具有不同的径向间距的方式布置，在至少两个镜元件之间，激光脉冲转向至盘形的非线性光学固态介质。在us 2019/0173257 a1中描述的转向装置的情况下，目标是，借助激光射束照射激光圆盘的中心。发明人已经认识到，在这里描述的设备的情况下有利的是，激光脉冲在不同的照射位置上照射非线性光学固态介质，因为通过这种方式可以减小超过非线性光学固态介质中的损坏阈值的危险。
49.为了使激光脉冲在偏心的照射位置上照射到非线性光学固态介质上，两个镜元件可以以与中心轴线具有不同的(径向)间距的方式布置，在所述两个镜元件之间，激光脉冲偏转到非线性光学固态介质上。如果多对镜元件通过该方式、即以与中心轴线具有不同间距的方式布置，则激光脉冲在多个相对于中心错开的照射位置上照射到非线性光学固态介质上，由此可以进一步降低超过损坏阈值的风险。应当理解，并非转向组件的所有镜元件都必须通过进一步在上文描述的方式布置。例如，在与中心轴线具有相对较小的间距的镜元件的情况下，与相应对的镜元件的中心轴线的径向间距可以保持恒定，使得激光脉冲照射
在非线性光学固态介质的中心上的照射位置上。在这种情况下也可能的是，通过改变镜元件的位置将重叠的照射位置拉开，以便防止超过损坏阈值。
50.在一种实施方式中，转向装置构造用于，在转向至所述非线性光学固态介质或者端镜的暴露的镜面的、两个彼此相继的转向之间，将所述激光脉冲在至少两个优选相邻的镜面之间转向。在该实施方式中，在激光脉冲重新射入到非线性光学固态介质上之前，典型地在转向装置的多个镜元件中的每两个镜元件之间进行激光脉冲的直接转向。因此，通常在典型地在圆周方向上相邻的两个镜元件的镜面之间的射束路径中不布置另外的光学元件，在所述镜元件上，激光脉冲在圆周方向中转向，如在us 2019/0173257 a1中描述的转向装置的情况下那样。
51.在另一种实施方式中，转向装置具有至少一个另外的镜元件，该至少一个另外的镜元件具有弯曲的镜面，其中，激光脉冲从多个镜元件中的第一镜元件转向至另外的镜元件，并且从另外的镜元件转向至多个镜元件中的第二镜元件。在这里描述的实施方式中，与上文描述的规则不同，即被固态介质反射的激光脉冲在两个镜元件之间在另外的镜元件上转向，该另外的镜元件具有弯曲的镜面，使得在激光脉冲重新射入到固态介质上之前，激光脉冲在转向装置上转向或反射三次。弯曲的镜面通常几乎平行于设备的中心轴线延伸，使得激光脉冲在几乎与中心轴线垂直的平面中被另外的镜元件的镜面转向。
52.另外的镜元件，更确切地说其弯曲的镜面，能够实现：在不受到透镜引导机制的限制的情况下匹配设备的古依参数。为此目的，镜面可以具有凹形的或者凸形的球面曲率，但是也可能且在大角度的情况下可能必需的是，镜面在彼此垂直的两个空间方向上具有不同的曲率，或者该镜面是自由形状面。由于在两个空间方向上的不同曲率，在高的入射角的情况下也可以实现有效均匀的球面曲率，以便产生激光脉冲的经聚焦的射束变化过程，所述激光脉冲以所述入射角入射到弯曲的镜面上。在此充分利用以下情况：如果球状镜面以一角度被照射，则在该方向上——与在倾斜的透镜的情况下相似——有效曲率发生变化。这意味着，球状镜面在该方向中的聚焦以与在另一方向中的焦距不同。为了补偿该效应，有利的是，进一步在上文描述的镜面在两个空间方向上具有分别不同的曲率。
53.唯一的、与基体间隔开的盘形的非线性光学固态介质的使用有利于节省成本。但是，可以有意义的是，尤其在激光脉冲的射束路径的起点和终点增加该设备的非线性。
54.在一种扩展方案中，在另外的镜元件的表面上紧固有优选板形的非线性光学固态介质。除了与转向装置或与基体间隔开的非线性光学固态介质之外，转向装置的另外的镜元件可以具有非线性光学固态介质。必要时，相应的非线性光学固态介质也可以形成在多个具有通常平坦的镜面的镜元件中的单个的镜元件上或者必要时所有镜元件上，以便增加非线性。
55.在一种替代的实施方式中，相应的镜元件具有优选平坦的镜面，该镜面定向为，将来自非线性光学固态介质或者来自端镜的暴露的镜面的激光脉冲直接(即在相应的镜元件的镜面上)反射回至非线性光学固态介质或者端镜的暴露的镜面。在这种情况下，激光脉冲直接在同一镜面上反射回至非线性光学固态介质，即在转向装置的两个镜元件之间不发生激光脉冲的直接转向。为了使镜面合适地定向，可以使用所谓的0
°
镜元件，所述0
°
镜元件的(平坦的)镜面垂直于相应的镜元件的中心轴线定向。为了使镜元件以适合的方式相对于非线性光学固态介质定向，所述镜元件的相应的中心轴线相对于板形基体的中心轴线倾斜。
在该实施方式中，同样有利的是，镜元件以与中心轴线具有不同的径向间距的方式布置。
56.在另一种实施方式中，基体与盘形的非线性光学固态介质或者与端镜的暴露的镜面之间的间距小于1.5m、优选小于1.0m。根据本发明的第二方面的设备也可以以紧凑的结构形状实现。这种设备可以用于在保持射束质量的情况下对具有在大约1mj或者10mj的数量级上的脉冲能量和例如在200fs与2ps之间的脉冲持续时间的激光脉冲进行光谱展宽。该间距可以与非线性光学介质的或者端镜的暴露的镜面的曲率并且必要时与另外的光学元件的镜面的几何形状一起如此选择，使得调设该设备的期望的古依参数。
57.本发明的另一方面涉及一种用于对激光脉冲进行光谱展宽的设备，该设备包括：多个镜元件，在所述镜元件上分别形成有用于反射激光脉冲的镜面，其中，所述多个镜元件紧固在基体上，以及至少一个优选是板形的、尤其是盘形的激光活性固态介质，所述激光活性固态介质用于放大激光脉冲，其中，多个镜元件形成转向装置，在该转向装置中，多个镜元件的优选平坦的镜面如此定向，使得激光脉冲从相应的镜面通过盘形的激光活性固态介质转向至其他镜面，并且其中，基体和盘形的激光活性固态介质布置在壳体中，该壳体填充有气体，用于通过自相位调制产生非线性相位，该气体具有非线性光学性能。
58.在本发明的该方面中，圆盘状激光放大器用作用于对激光脉冲进行展宽的设备，该圆盘状激光放大器例如如在进一步在上文引用的us 2019/0173257 a1中示出的那样。为此目的，用于通过自相位调制产生激光脉冲的非线性相位的气体引入到壳体中，激光脉冲在该壳体中传播。具有非线性光学性能的气体例如可以是氖气、氩气等惰性气体或者由多个气体组成部分组成的混合物。在本发明的该方面中，必要时可以完全省去非线性光学固态介质的设置。
59.在一种实施方式中，镜元件通过相应的连接区段与基体固定地连接，和/或其中，另外的镜元件通过相应的连接区段与另外的基体固定地连接，其中优选地，在基体中和/或在另外的基体中形成有凹槽，所述凹槽分别具有周侧面用于与相应的镜元件的或者另外的镜元件的连接区段连接。镜元件和基体可以例如如在us 2019/0173257 a1中描述的那样构造，us 2019/0173257 a1整体上通过引用而成为本技术的内容。如在那里描述的那样，基体可以是板形基体。
60.基体和/或镜元件(典型地除了非线性光学固态介质之外)，优选由玻璃、例如由石英玻璃、由玻璃陶瓷或者由金属材料、可能由合金形成。为基体选择对于激光脉冲而言基本上透明的材料，该材料例如呈玻璃的形式、尤其呈石英玻璃的形式，具有以下优点：该材料尤其在具有在可见波长范围或者近红外波长范围中的波长的激光脉冲的情况下几乎不由于吸收而产生热量，并且基体因此不发生热变形。因此，经接合的、经焊接的或者经粘贴的镜元件彼此之间具有刚性的定向，相对漂移被最小化。
61.连接区段与基体的固定的或持久的连接可以是在使用接合剂的情况下的材料锁合的连接、例如粘贴连接和/或焊接连接或者是在不使用接合剂的情况下的直接连接。直接的、持久的连接例如可以是焊接连接或者键合连接。镜元件可以一件式地构造或者单片地接合。对于板形非线性光学固态介质黏着在表面上的情况，则该板形非线性光学固态介质不是持久地紧固在镜元件的表面上，即在这种情况下，镜元件作为整体(即带有非线性光学固态介质)不是单片地接合的。基体优选一件式地构造，但是也可以单片地接合。
62.优选地，镜元件的连接区段插入到凹槽中，使得这些连接区段点状地、线形地或者
必要时平面地贴靠在相应的凹槽的周侧面上，所述连接区段尤其可以相对于中心轴线旋转对称地构造。不是一定必需的是，凹槽相对于剩余的基体凹进。凹槽可以形成基体中的裂口。相应的镜元件的连接区段可以构造为球体部段，并且该球体部段可以在球体部段的球状弯曲的表面上固定地或持久地与凹槽的周侧面连接。替代地，连接区段可以柱形地构造并且优选具有平坦的底面。
63.在另一种实施方式中，非线性光学固态介质具有小于1mm、优选小于500μm的厚度。如进一步在上文描述的那样，对于根据本发明的两个方面的设备而言有利的是，使用(透明的)非线性光学固态介质，该非线性光学固态介质具有低厚度。
64.例如，sio2、蓝宝石、yag、caf2、mgf2、...可以用作非线性光学固态介质的材料。所述材料具有非线性折射率(n2)的适用于本应用的值。尤其是caf2和mgf2具有低的非线性折射率，该低的非线性折射率在相同的非线性相位移(phasenhub)的情况下能够实现较高的脉冲能量。应当理解，非线性光学固态介质也可以由与在此描述的材料不同的材料形成。
65.本发明的另一方面涉及一种光学系统，该光学系统包括：用于产生激光脉冲或脉冲式激光射束的射束源，如进一步在上文描述的那样构造的、用于对激光脉冲进行光谱展宽的设备，以及用于对经光谱展宽的激光脉冲进行时间压缩的设备。
66.如进一步在上文描述的那样，用于对激光脉冲进行光谱展宽的设备典型地用于，借助随后的用于时间压缩的设备典型地以系数10-20缩短激光脉冲的脉冲持续时间，其中，脉冲质量和射束质量在很大程度上保持不变。如进一步在上文描述的那样，在此描述的用于对激光脉冲进行光谱展宽的设备尤其有利于缩短由射束源产生的超短激光脉冲，所述超短脉冲的脉冲持续时间在例如200fs与2ps之间并且脉冲能量大于或等于1mj。具有所述脉冲参数的激光脉冲可以例如由射束源产生，该射束源具有一个或者多个放大器链，所述放大器链具有相干组合的或者单个的纤维放大器、棒状放大器、圆盘状放大器或者板块(slab)式放大器或者再生放大器(例如基于圆盘状激光器)或者其组合。
67.用于对激光脉冲进行时间压缩的设备典型地具有一个或者多个色散光学元件。所述色散光学元件可以例如是线性调频镜或者色散镜(例如gti(gires-tournois-interferometer，吉莱-图努瓦-干涉)镜)、棱镜压缩机或者栅格压缩机，借助所述色散光学元件，激光脉冲的脉冲持续时间可以在穿过用于光谱展宽的设备之后被压缩。
68.为了保持激光脉冲的光谱展宽恒定以用于随后的压缩，光学系统可以构造用于调节激光脉冲的脉冲能量，所述激光脉冲进入到用于对激光脉冲进行光谱展宽的设备中。为此目的，光学系统可以具有至少一个传感器，该传感器例如呈光电二极管形式，该传感器测量激光脉冲在进入到用于光谱展宽的设备中之前的脉冲能量。控制和/或调节装置可以使用该测量的结果来调节辐射源的功率，以便保持脉冲能量恒定。
69.光学系统还可以构造用于对激光脉冲或脉冲式激光射束在进入到用于光谱展宽的设备中之前的射束位置进行校正或保持该射束位置恒定。为此目的，光学系统可以具有一个或者多个位置敏感的光电二极管(例如横向效应二极管或者分段式象限位置探测器)、摄像机或者由这些传感器组成的组合。为了控制激光脉冲到该设备中的耦合输入并且为了模式匹配(参见下文)，有利的是，在激光脉冲进入到该设备中之前的射束路径中的一个或者多个镜上或者还在用于光谱展宽的设备内(例如在所选择的镜面上或者后方)借助一个或者多个摄像机观察射束参量、尤其是射束直径。
70.在一种实施方式中，光学系统具有调设装置，该调设装置用于对耦合输入到用于对激光脉冲进行光谱展宽的设备中的激光脉冲的尤其圆偏转状态进行调设。已经表明，在自相位调制时产生的非线性相位的强度取决于激光脉冲的偏振状态。耦合输入到设备中的圆偏振状态可以是对于光谱展宽有利的。由于激光脉冲在从射束源中逸出时通常是线性偏振的，因此，λ/4延迟装置、例如λ/4板可以用作用于调设圆偏振状态的调设装置，该λ/4板——在优先轴(vorzugsachse)的适合的定向的情况下——将激光脉冲的线性偏振状态转化为圆偏振状态。经光谱展宽的激光脉冲的圆偏振状态可以在用于非线性光谱展宽的设备的输出端上通过另外的调设装置、例如通过另外的λ/4板转换为线性偏振状态。这是有利的，因为否则用于对经光谱展宽的激光脉冲进行时间压缩的设备的一个或多个色散光学元件不再正常工作。
71.在另一种实施方式中，光学系统具有匹配装置，该匹配装置用于使耦合输入到用于光谱展宽的设备中的激光脉冲的射束焦散面匹配于多通池的(横向)特征模式。通常情况下，射束焦散面应理解为横向射束轮廓沿着激光脉冲的光学传播轴线的变化过程。该射束焦散面，尤其是直径和射束发散度或开口角，匹配于多通池的(横向)特征模式。
72.在呈赫里奥特池形式的多通池中，激光脉冲与非线性介质的交互长度可以通过简单的手段保持得非常长，并且同时射束直径可以以受控的方式基本上保持不变或保持恒定。这方面的前提是，进入到设备中或多通池中的激光脉冲(或脉冲式激光射束)在一定的公差内匹配于赫里奥特池的等效的横向特征模式。
73.等效的横向特征模式近似是以下横向特征模式：当赫里奥特池的端镜定向为封闭的谐振器时(镜面的所有间距和曲率保持相同)，赫里奥特池会具有该横向特征模式。然而，由此也产生赫里奥特池的缺点，即，期望的模式和配属的射束焦散面仅近似地通过赫里奥特池的端镜的曲率半径和赫里奥特池中的循环的数量(即在端镜上的反射的数量)的、少量的、能够实现的组合来实现。
74.通过由多个镜元件来完全代替赫里奥特池的两个端镜或者赫里奥特池的端镜中的一个端镜，可以避免上文描述的缺点。尤其是，镜元件的镜面的数量和镜元件的镜面的曲率半径或定向可以如此选择或匹配，使得多通池中的循环的数量可以以与所选择的横向模式或射束焦散面无关的方式选择。因此，用于对激光脉冲进行光谱展宽的设备的进一步在上文描述的多通池在技术上不再是赫里奥特池。
75.在用于对激光脉冲进行光谱展宽的设备的进一步在上文描述的多通池的情况下，有利的是，激光脉冲在进入到多通池中时匹配于多通池的横向模式。为此目的，模式匹配装置可以用于匹配耦合输入到用于光谱展宽的设备中的激光脉冲的射束轮廓。模式匹配装置例如可以具有射束望远镜(模式匹配望远镜)、透镜、弯曲的镜等，以便在激光脉冲或脉冲式激光射束进入到多通池中之前使该激光脉冲或脉冲式激光射束的射束轮廓匹配于多通池的特征模式。对射束轮廓的匹配例如可以包括对脉冲式激光射束或激光脉冲的射束横截面或射束直径的匹配和/或对脉冲式激光射束或激光脉冲的发散度的匹配。
76.脉冲式激光射束在进入到多通池中时不匹配于(fehlanpassung)多通池的特征模式在一般情况下导致沿着多通池内的射束路径的焦散面从循环到循环地(von umlauf zu umlauf)发生变化。该变化(atmen，呼吸)可以例如通过激光脉冲在基体的镜元件的相应的镜面上或另外的基体的另外的镜元件的相应的另外的镜面上的射束直径的变化来表征，其
定义等效的谐振器。射束直径的该变化在多通池内的所有循环内具有最小值和最大值。
77.优选地，光学系统构造用于，在所有循环内在多通池内在端镜中的一个端镜上或在镜面上产生激光脉冲的最大射束直径与激光脉冲的最小射束直径之间的比例，该比例小于12、特别优选小于6、尤其小于3。这是有利的，以便预防由于过高的强度而造成的光学器件的损坏。这种比例或用于最大射束直径与最小射束直径的比例的这种系数可以例如借助进一步在上文描述的模式匹配装置来调设或产生。在多通池的镜面或光学器件之间，最大射束直径与最小射束直径的比例可以明显大于12，例如，激光脉冲可以在焦点位置上聚焦，在该焦点位置上射束直径非常小。
附图说明
78.本发明的其他优点从说明书和附图中得出。同样地，上文所提及的特征和还进一步列举的特征可以各自单独使用或以任何组合以多个形式使用。所示出并且所描述的实施方式不应理解为详尽的列举，而是具有用于本发明的叙述的示例性特征。
79.附图示出：
80.图1a、1b示出用于借助多通池中的板形非线性固态介质对激光脉冲进行光谱展宽的设备的例子的示意图，所述板形非线性固态介质用于多次反射激光脉冲，
81.图2a、2b示出用于借助气态非线性固态介质对激光脉冲进行光谱展宽的设备的示意图，该设备具有与图1a、1b类似的多通池，
82.图3示出用于借助气态非线性固态介质对激光脉冲进行光谱展宽的设备的示意图，该设备具有转向装置，该转向装置具有多个镜元件，所述镜元件用于将激光脉冲转向至端镜的暴露的镜面，
83.图4示出用于对激光脉冲进行光谱展宽的设备的示意图，该设备具有转向装置，该转向装置具有多个镜元件，所述镜元件用于将激光脉冲转向至板形非线性光学固态介质，
84.图5a、5b示出镜元件的镜面的示意图，所述镜元件布置在三个圆环中或布置在一个圆环和与中心轴线具有不同的径向间距的两个环中，
85.图6a、6b示出转向装置的两个镜元件以及该转向装置的另外的镜元件的示意图，该另外的镜元件具有弯曲的镜面，
86.图7示出转向装置的镜元件的镜面的示意图，所述镜元件布置在与中心轴线具有不同的径向间距的两个环中，在所述镜元件上，激光脉冲直接反射回至非线性光学固态介质，以及
87.图8示出光学系统的示意图，该光学系统具有用于光谱展宽的设备和用于对经光谱展宽的激光脉冲进行时间压缩的设备。
具体实施方式
88.在下文对附图的描述中，相同的附图标记用于相同的或功能相同的构件。
89.图1a、1b示出用于对激光脉冲2进行光谱展宽的设备1的示例性构造，为简化该示意图，所述激光脉冲的射束变化过程用实线示出。设备1包括多通池3，该多通池具有板形基体4a和另外的板形基体4b，在所述板形基体与所述另外的板形基体之间多次往复反射激光脉冲2。
90.为此目的，在基体4a上紧固有十二个镜元件6，在另外的基体4b上紧固有十三个另外的镜元件7。镜元件6和另外的镜元件7分别沿着圆8布置在基体4a上或布置在另外的基体4b上。应当理解，镜元件6和另外的镜元件7也可以布置在两个或者更多个圆上。另外的镜元件7以相同的间距在圆周方向上沿着另外的基体4b布置。这同样适用于镜元件6，其中，替代第十三个镜元件地，在基体4a中形成有贯通孔9，激光脉冲2通过该贯通孔耦合输入到基体4a与另外的基体4b之间的中间空间中并且再次耦合输出。为了将激光脉冲2耦合输入到多通池3中或从多通池3中耦合输出，替代贯通孔9地，也可以在基体4a与另外的基体4b之间的中间空间中布置光学元件。
91.相应的镜元件6具有表面6a，相应的另外的镜元件7具有表面7a，在所述表面上分别紧固有板形非线性光学固态介质10，用以通过自相位调制产生非线性相位φ
nl
。该固态介质10可以例如由sio2、蓝宝石、yag、caf2、mgf2、
…
形成。在示出的例子中，固态介质10是弯曲的，其中，固态介质10的曲率匹配于相应的镜元件6的或相应的另外的镜元件7的表面6a、7a的凹形曲率。相应的固态介质10借助面向相应的镜元件6的或相应的另外的镜元件7的弯曲的表面6a、7a的、在曲率方面匹配的后侧面平面地紧固在相应的镜元件6的或相应的另外的镜元件7的凹形弯曲的表面6a、7a上。板形固态介质10在其面向凹形弯曲的表面6a、7a的侧面上具有反射涂层，该反射涂层形成相应的镜元件6的或相应的另外的镜元件7的、同样凹形弯曲的镜面6b、7b。
92.在图1a、1b中示出的例子中，相应的板形固态介质10粘接在表面6a、7a上，但是也可以通过其他材料锁合的连接、例如通过(玻璃)焊料与表面6a、7a连接。固态介质10与相应的镜元件6的或相应的另外的镜元件7的表面6a、7a之间的、直接的、持久的连接也是可能的，例如键合连接或者焊接连接。固态介质10必要时也可以通过可松脱的连接紧固在相应的镜元件6的或相应的另外的镜元件7的表面6a、7a上，例如通过黏着(ansprengen)。
93.为了满足传统的多通池3的功能性，所有镜面6b具有相同的球面曲率或相同的曲率半径，并且沿着球面的圆环11a放置，该圆环在图1b的剖视图中通过虚线标示，该虚线延伸穿过该圆环的所有镜面6b。相应地，所有另外的镜面7b具有相同的球面曲率或相同的曲率半径，并且沿着另外的球面的另外的圆环11b布置，该另外的圆环在图1b的剖视图中同样通过虚线标示。基体4a和另外的基体4b以相互之间的间距l布置，该间距在示出的例子中小于1.5m、更准确地说大约是1m。
94.基于相应的固态介质10的克尔透镜(kerrlinse)，与图1b中的示意图不同地，镜面6b的和另外的镜面7b的曲率半径以及相应的固态介质10的厚度可以分别根据相应的镜元件6或相应的另外的镜面7在射束路径中的位置来匹配或(略微)校正，以便补偿该克尔透镜。通过这种方式可以实现，镜面6b的和另外的镜面7b的有效曲率半径在考虑到克尔透镜并且必要时考虑到其他非线性效应的情况下保持恒定。
95.间距l和曲率半径r像在多通池或在赫里奥特池的情况下那样通常如此彼此协调，使得在多通池3内产生期望数量的反射。在示出的例子中沿着相应的圆环装配的镜元件6或另外的镜元件7大约指向多通池3的中心轴线的方向，该中心轴线垂直于基体4a和另外的基体4b定向。基体4a上的相应的镜元件6相对于该中心轴线如此定向，使得另外的基体4b上的相应的另外的镜元件7被激光脉冲2照射，使得产生在图1a、1b中示出的焦散面变化过程(kaustikverlauf)。反射的数量在几何形状方面取决于装配镜元件6或另外的镜元件7所沿
着的圆环、镜元件6彼此之间的间距和另外的镜元件7彼此之间的间距和镜元件6的和另外的镜元件7的尺寸。
96.凹形弯曲的镜面6b或另外的镜面7b的曲率半径r取决于，多通池是否以同心谐振器的型式运行，或者是否使用(准)准直的激光脉冲2。在第一种情况下有利的是，镜面6b或另外的镜面7b的曲率半径r在1m与15m之间，在第二种情况下有利的是，曲率半径r小于大约1000m并且大于大约10m、尤其大于20m。在第二种情况下有利的是，总折射力、即所有镜元件6的镜面6b的折射力和所有另外的镜元件7的另外的镜面7b的折射力的和，在5m与无穷大之间。
97.镜面6b或另外的镜面7b的相对较大的曲面半径r的使用已证明是有利的，因为不需要中间焦点。相应的固态介质10的在示出的例子中恒定的厚度d不应选择得过大，以便在对具有在例如100mj或者以上的数量级上的高脉冲能量的激光脉冲3进行非线性光谱展宽时防止灾难性的自聚焦。典型地，在mj或者以上的数量级上的脉冲能量的情况下，相应的固态介质10的厚度d应小于大约1mm或者500μm。
98.附加地有利的是，将存在于多通池3中的气体的压力减小为例如小于大约100mbar，以便防止出现气体的离子化，这会导致跟随在光谱展宽之后的、对激光脉冲2的脉冲持续时间的时间压缩的质量劣化。如图1b所示，多通池3布置在壳体13中，该壳体与呈真空泵形式的泵装置14连接，以便在壳体13的内部空间中调设期望的压力或以便将壳体13抽成真空。
99.同样如图1b所示，镜元件6通过相应的连接区段15持久地与基体4a连接，该连接区段在示出的例子中形成球体部段(kugelsegment)。在镜元件6的情况下，柱形区段16与连接区段15邻接，该柱形区段的端面侧形成凹形弯曲的表面6a，在该表面上紧固有板形的、弯曲的固态介质10。呈相应的镜元件6的球体部段形式的连接区段15插入到基体4a的凹槽17中并且贴靠在凹槽17的周侧面18上。周侧面18可以是锥形面、球状面或者自由形状面。在示出的例子中，该固定的或持久的连接实现为粘贴连接，但是也可以通过其他方式建立。连接区段15或与基体4a的持久的连接也可以通过其他方式实现，例如如进一步在上文引用的us 2019/0173257 a1中描述的那样。另外的镜元件7以类似的方式紧固在另外的基体4b上或与该另外的基体连接。
100.在图1b中示出的侧视图中，为了清晰起见而选择简化示意图，在该简化示意图中，镜元件6和另外的镜元件7分别等距地示出。在现实中，位于一个圆上的镜元件6或另外的镜元件7在侧视图中以彼此之间相距不同距离的方式布置。尤其是，在现实中，镜元件6和另外的镜元件7在图1b的示意图的上边缘和下边缘上在真实的侧视图中部分地重叠。
101.通过镜元件6或另外的镜元件7与相应的板形基体4a、4b的固定的、持久的连接，可以防止在设备1运行时镜元件6或另外的镜元件7的失调，即所述镜元件或另外的镜元件对于工业上的应用具有足够的稳健性。此外，设备1或多通池3可以实现为具有小的结构长度l。
102.如进一步在上文描述的那样，通过设置在壳体13中的窗口19耦合输出的、经光谱展宽的激光脉冲2在图1a、1b中未示出的、用于对脉冲持续时间进行时间压缩的设备中例如以系数10-20相对于通过窗口19耦合输入到设备1中的激光脉冲3的脉冲持续时间缩短，所述激光脉冲由未在图中示出的射束源产生并且可以具有例如大约1ps的脉冲持续时间。用
于对激光脉冲进行时间压缩的设备可以具有例如一个或者多个色散光学元件。
103.图2a、2b示出用于对激光脉冲进行光谱展宽的设备1，该设备基本上如图1a、1b所示那样构造。设备1具有基体4a以及另外的基体4b，在所述基体上紧固有多个镜元件5，在所述另外的基体上紧固有多个另外的镜元件7。与在图1a、1b中示出的例子不同，在图2a、2b示出的例子中，壳体13填充有气态非线性光学介质g，该气态非线性光学介质产生激光脉冲2的非线性相位，在所述壳体中布置有多通池3。该气态非线性光学介质g在示出的例子中是惰性气体。但是，原则上其他气体或者气体混合物也可以用作非线性光学固态介质，例如氮气等其他双原子气体，或者空气等气体混合物。
104.与在图1a、1b中示出的设备1的情况下不同，在图2a、2b中示出的设备1不具有用于将壳体13抽成真空的泵装置14，即使这种泵装置14的使用原则上是可能的。壳体13是气密地封闭的、压力密封的，并且具有用于激光脉冲2进入到壳体13中的进入窗口19a和激光脉冲2从壳体13中逸出的逸出窗口19b。通过进入窗口19a进入到壳体13中的激光脉冲2通过基体4a中的贯通孔9a进入到多通池3中。另外的基体4b中的另外的贯通孔9b用于经光谱展宽的激光脉冲2
‘
从多通池3中穿过，所述经光谱展宽的激光脉冲通过逸出窗口13b从壳体13中逸出。
105.在图2a、2b中示出的设备1具有未在图中示出的结构元件，所述结构元件呈能够控制的入口阀和出口阀(ein-und auslassventile)的形式，所述入口阀和出口阀用于气态非线性光学介质g引入到壳体13中或用于气态非线性光学介质g从壳体13中排出。借助所述入口阀或出口阀，可以调设壳体13中的气体压力p。壳体13中的非线性光学介质g的气体压力或总压力p可以例如在50mbar与10bar之间。总压力p可以是能够在整个压力范围内调设的，但这不是一定必需的。对于应调节壳体13中的气体压力p的情况，可以在壳体13中布置气体压力传感器，该气体压力传感器与调节装置连接，以便将壳体13中的气体压力p保持为额定气体压力。
106.在图2a中示出的设备1中，镜元件6的镜面6b和另外的镜元件7的另外的镜面7b分别是暴露的，即在所述镜面和另外的镜面上不像在图1a、1b示出的设备的情况下那样紧固有非线性固态介质10。因此，在图2a中示出的例子中，激光脉冲2的非线性相位φ
nl
仅通过气态非线性光学介质g产生。在图2a中示出的设备1中，镜元件6的镜面6b和另外的镜元件7的另外的镜面7b像在图1a、1b中示出的设备1的情况下那样也是凹形弯曲的。
107.在图2b中示出的设备1中，镜元件6的第一组镜面6b以及另外的镜元件7的第一组另外的镜面7b具有凹形曲率，第二组具有凸形曲率，第三组平坦地构造。因此，镜面6b的或另外的镜面7b的曲率沿着激光脉冲2的射束路径w变化，并且可以用于以适合的方式调设激光脉冲2的非线性相位φ
nl
。
108.在图2b中示出的设备1中，不仅气态非线性介质g用于产生激光脉冲2的非线性相位φ
nl
，更准确地说，在镜元件6的所选择的表面6a上以及在另外的镜元件7的所选择的表面7a上分别紧固有非线性板形固态介质10。如图2b所示，在此，在激光脉冲2在设备1中或多通池3中的射束路径w中相邻地布置的每两个非线性光学固态介质10之间的间距(即射束路径w的一个区段的长度)，随着激光脉冲2在多通池3中的射束路径w的长度(从激光脉冲2进入到多通池3中开始)的增加而减小。在本技术的意义上，在射束路径中每两个相邻的固态介质10之间的间距的减小还包含以下情况：在射束路径w中连续的三个固态介质10之间，该间
距是基本上恒定的，如在图2b中示出的非线性光学固态介质10中的第三、第四和第五非线性光学固态介质的情况那样。但是，满足在射束路径w中每两个相邻的固态介质之间的间距(射束路径w的一个区段的长度)随着射束路径w的长度的增加而减小这一条件的前提是，在多通池3中的在射束路径w中连续的至少三个固态介质10的情况下出现间距的减小，如在射束路径w中第一、第二和第三固态介质10的情况下那样。
109.在图2b中示出的设备1中，相应的非线性固态介质10的厚度d随着激光脉冲2在多通池3中的射束路径w的长度的增加而增加，在射束路径w中第一固态介质10具有最低厚度d，而在射束路径w中最后一个、即第六固态介质19具有最大的厚度d。由于固态介质10的增加的厚度d，沿着射束路径获得(aufgesammelt)的非线性相位φ
nl
随着射束路径w的长度的增加也增加得比在固态介质10的恒定的厚度d的情况下多。
110.应当理解，在图2b示出的、非线性光学固态介质10的使用在图2a中示出的设备1的情况下也是可能的。同样可能的是，在图2b中示出的设备1不具有非线性光学固态介质10，而是仅具有气态非线性介质g。
111.图3示出设备1，该设备与在图1a、1b中和在图2a、2b中示出的设备1的区别在于，仅存在一个具有多个带有镜面6b的镜元件6的基体4a，所述镜面在示出的例子中具有平坦的几何形状。在图3中示出的设备的情况下，替代另外的基体4b地，在壳体13中布置有端镜21，该端镜具有凹形弯曲的、暴露的镜面10a。端镜21单片地构造，并且具有明显比基体4a小的直径，在该基体上紧固有所述多个镜元件6。在图3中示出的设备1的情况下，如在图2a中示出的设备1的情况下那样，非线性相位φ
nl
仅通过气态非线性光学介质g产生。
112.在图3中示出的设备1中，基体4a与多个镜元件6一起形成转向装置20。转向装置20用于将通过窗口19射入到壳体13中的且通过转向镜转向至端镜21的镜面10a的激光脉冲2多次反射回至端镜21的镜面10a。如图2a所示，转向装置20和暴露的镜面10a以预给定的彼此之间的间距l布置，用以形成多通池3，其中，在镜面10的中心测量间距l。
113.在示出的例子中，转向装置20构造用于在平坦的镜面6b中的一个镜面上使激光脉冲2反向反射(retroreflektieren)，使得所述激光脉冲在光谱展宽之后通过窗口19从多通池3的壳体13中逸出。应当理解，替代地，可以在壳体13中设置单独的进入窗口19a和逸出窗口19b，如图2a、2b中的情况那样。在端镜21上，替代暴露的表面10a地，也可以紧固有非线性光学固态介质10，如下文描述的那样。在这种情况下，不需要将气态非线性介质g引入到多通池3中。
114.图4示出用于对激光脉冲2进行光谱展宽的设备1的一个例子，该设备具有转向装置20以及盘形的激光活性固态介质10，该盘形的激光活性固态介质用于通过自相位调制产生激光脉冲2的非线性相位φ
nl
，该盘形的激光活性固态介质在下文中被称为固态介质10。固态介质10紧固在支撑体21上并且在其面向支撑体21的侧面上镜面化(verspiegeln)，即固态介质10具有镜面10a，以便将从转向装置20入射到固态介质10上的、待光谱展宽的激光脉冲反射回至转向装置20，使得固态介质20多次被激光脉冲2穿过并且在此被展宽。在该固态介质的背离支撑体21的侧面上，固态介质10可以具有抗反射涂层或者抗反射微结构。在示出的例子中，支撑体21构造为散热片。替代地，可能的是，将所述散热片或附加的散热片紧固在支撑体21上。固态介质10和转向装置20共同形成多通池3，如结合图3所描述的那样。
115.为了能够实现穿过固态介质10的这种多次贯通，激光脉冲2被形成在转向装置20
上的镜元件22转向，所述镜元件呈转向镜形式，更准确地说在所述镜元件的(平坦的)镜面f2至f35(参见图5a、5b)上转向。应当理解，转向装置20也可以具有更少的或者更多的镜元件22或镜面(参见下文)。镜元件22借助单片构造技术紧固在转向装置20的板形基体23上，如进一步在上文结合图1a、1b描述的那样。板形基体23平行于xyz坐标系的xy平面且平行于盘形的固态介质10定向。
116.如图5a、5b所示，由未示出的脉冲式激光源产生的激光脉冲3通过贯通开口24穿过板形基体23，并且在此如此定向，使得所述激光脉冲照射固态介质10的中心并且在该固态介质上、更准确地说在该固态介质的镜面化的后侧镜面10a上反射至第二镜面f2。从固态介质10出发的激光脉冲2在第二镜面f2上直接转向或反射至相邻的第三镜面f3。第三镜面f3关于固态介质10如此定向，使得激光脉冲2被第三镜面f3重新转向或反射至固态介质10。在固态介质10上，激光脉冲3转向至第四镜面f4，被该第四镜面直接反射至第五镜面f5，等等。
117.因此，在图5a、5b中示出的转向装置20中，交替地在固态介质10与相应的一对在示出的例子中相邻地布置的镜面f2、f3；f4、f5；f5、f6；...，f34、f35之间进行激光脉冲2的转向。激光脉冲2在固态介质10与镜面f2、f3；f4、f5；f5、f6；...，f34、f35之间的射束路径，更准确地说该射束路径到xy平面中的投影，在图3a、3b中同样示出。在图3a、3b中示出的例子中，转向装置20分别具有端镜25，该端镜的镜面f36垂直于照射到端镜25的镜面f36上的激光脉冲2定向，使得激光脉冲2被反射回至固态介质10(即本身)并且通过转向装置20以相反的传播方向第二次穿过射束路径。应当理解，替代端镜25地，可以在转向装置20中设置另外的贯通开口，以便将激光脉冲2从设备1中耦合输出，而所述激光脉冲不重新穿过该转向装置20，或者可以设置转向镜，该转向镜从设备1中耦合输出激光脉冲2。
118.在图5a中示出的转向装置20中，镜元件22以圆形图案、更准确地说以三个圆环r1、r2、r3同心地围绕板形基体7的沿z方向延伸的中心轴线26布置。布置在相应的圆环r1、r2、r3中的镜元件22的径向间距是相同的，使得激光脉冲2在入射点p上入射到固态介质10上或入射到镜面10a上，该入射点位于盘形的固态介质10的中心z，中心轴线26也穿过该中心。
119.在图5b中示出的转向装置20中，镜元件22同样以基本上圆形的图案以三个圆环r1、r2、r3同心地围绕中心轴线26布置。最内侧的第一圆环r1中的镜元件22以与中心轴线26具有相同的径向间距的方式布置，而第二和第三圆环r2、r3中的镜元件22略微在径向方向上彼此错开。这例如适用于第七镜面f7和第八镜面f8，这两个镜面位于第二圆环r2内，但是在所述两个镜面的情况下，第七镜面f7与中心轴线26的径向间距d7小于第八镜面f8与中心轴线26的径向间距d8。由于不同的径向间距d7、d8，激光脉冲2不照射在盘形的固态介质10的中心z上的照射位置p处，而是照射在与中心z在径向上错开的照射位置p
‘
处。这相应地适用于其他镜面f9至f35，所述其他镜面布置在第二和第三圆环r2、r3中并且用于使激光脉冲2在分别不同的、与中心z错开的照射位置p
‘
处照射到固态介质10上。
120.激光脉冲2在不同的照射位置p、p
‘
上照射到固态介质10上是有利的，以便减小通过激光脉冲2造成损坏的危险，所述激光脉冲典型地具有在大约10mj或者以上的数量级上的脉冲能量。应当理解，转向装置20的镜元件22也可以以其他方式布置，例如以呈多边形的形式的布置，例如呈六边形图案的形式。
121.为了防止激光脉冲2在穿过转向装置20时散焦，固态介质10并且因此镜面10a也是略微凹形弯曲的，其中，曲率半径r根据相应的克尔透镜位于20m与100m之间的数量级上。固
态介质10、更准确地说镜面10a与板形基体20之间的间距l在构造设备1时可以如此选择，使得古依参数采用期望的值。在示出的例子中，固态介质2或其镜面10a与板形基体23之间的间距l小于1.5m、尤其是小于1.0m。
122.在图5a、5b示出的例子中，相应的圆环r1、r2、r3的相邻的镜元件22的镜面f2、f3；f4、f5；f6、f7；...之间的转向直接进行，即基本上在方位角方向上或在圆周方向上进行。相应的平坦的镜面f在此以与相应的镜元件22、22
‘
的中心轴线27成大约45
°
的角度定向，如图6a、6b所示。然而，在图4a、4b中示出的例子中，转向不直接在两个相邻地布置的镜元件22、22
‘
之间进行，更确切地说，激光脉冲2从第一镜元件22转向至另外的镜元件28，该另外的镜元件具有弯曲的镜面f
‘
。在弯曲的镜面f
‘
上，激光脉冲2转向或反射至第二镜元件22
‘
。另外的镜元件28与转向装置20的其他镜元件22、22
‘
的区别一方面在于镜面f
‘
的曲率，另一方面在于镜面的定向，该镜面在示出的例子中平行于另外的镜元件28的中心轴线27定向，即与中心轴线27成实际上为0
°
的角度。通过这种方式，所述转向在两个镜元件22、22
‘
之间(几乎)在垂直于中心轴线27的xy平面中进行，该中心轴线与xyz坐标系的z方向一致。
123.弯曲的镜面f
‘
可以是球状弯曲的面，但是也可以是非球状的面或自由形状面。通过选择另外的镜元件28的镜面f
‘
的曲率，除了对盘形的固态介质10的曲率的选择之外，还可以影响古依参数并且可以将古依参数调设为期望的值。如图6b所示，在另外的镜元件28的表面28a上紧固有另外的板形的或盘形的非线性固态介质10
‘
，即通过进一步在上文结合图1b描述的方式。与盘形的固态介质10的厚度d一样，另外的固态介质10
‘
的厚度d小于500μm，以便避免灾难性的自聚焦。
124.同样如图6b所示，镜元件22、22
‘
和另外的镜元件28通过进一步在上文结合图1b描述的方式来构造，即所述镜元件和另外的镜元件具有关于中心轴线27旋转对称地构造的连接区段15，该连接区段形成球体部段，以便将镜元件22、22
‘
以及另外的镜元件28与板形基体23连接。柱形区段16与连接区段15邻接，该柱形区段划分为全柱形区段16a和棱柱形区段16b或划分成阶梯式的区段16b。平坦的镜面f形成相应的镜元件22、22
‘
的棱柱形区段16b的截面，该截面呈椭圆面的形式。替代平坦的面地，必要时也可以使用弯曲的镜面f，例如抛物线状弯曲的镜面f，以便产生聚焦效果或者散焦效果。
125.相应的镜元件22的连接区段15像结合图1b描述的那样持久地紧固在板形基体23上的凹槽17(参见图2)中，即在示出的例子中粘合在相应的凹槽17的周侧面18上。结合图2描述的设备1还由于单片构造技术具有高的稳健性。在图4a、4b中示出的镜元件22、22
‘
可以例如是第二圆环r2的两个相邻的镜元件，而第三圆环r3中的另外的镜元件28在圆周方向上布置在两个镜元件22、22
‘
之间。
126.图7示出转向装置20的另一个例子的与图3a、3b类似的示意图，该转向装置具有多个镜元件22，所述镜元件具有相应的镜面f1至f41。镜元件22借助进一步在上文描述的单片构造技术与板形基体23连接。与在图5a、5b中示出的例子中不同，在图7中示出的转向装置20的情况下，激光脉冲2从相应的镜面f1、f2、...仅通过非线性光学固态介质10转向至在射束路径中随后的镜面f2、f3、...。换言之，相应的镜元件22具有在示出的例子中平坦的镜面f1、f2、...，该镜面如此定向，使得从非线性光学固态介质10入射到相应的镜面f1、f2、...上的激光脉冲2直接从相应的镜面f1、f2、...反射回至非线性光学固态介质10。如在图5b中示出的例子的情况下那样，图7的镜元件22略微在径向方向上彼此错位，以便实现：激光脉
冲2在围绕基体23的中心或围绕基体23的中心轴线26的圆环中入射到盘形的非线性光学固态介质10上。
127.与在图4和在图5a、5b中示出的镜元件22不同，在图7的镜元件22的情况下，镜面f1、f2、...不与镜元件22的相应的(未在图中示出的)中心轴线27成45
°
的角度地定向，而是与该相应的中心轴线垂直地定向(也被称为0
°
镜，即使该角度只是近似0
°
)。通过使相应的镜元件22的中心轴线27以与基体23的中心轴线26成适合地选择的角度的方式定向，来实现使激光射束2从盘形的非线性光学固态介质10转向和转向至盘形的非线性光学固态介质10。在相同的结构空间的情况下，借助在图7中示出的转向装置20可以实现比在图53a、53b中示出的转向装置20的情况下更多数量的穿过非线性光学固态介质10的贯通。
128.借助在图4中示出的设备1，可以对具有大约10mj或者以上的高脉冲能量的激光脉冲2进行光谱展宽，而脉冲质量在此不劣化。由于在图4中示出的设备1不需要中间焦点，因此必要时可以省去抽成真空。如果需要降低设备中的或固态介质10与转向装置20之间的中间空间中的压力，则通常不需要像在图1a、1b中示出的多通池3的情况下那样如此强烈地降低该压力。压力的降低可以通过结合图1b描述的方式进行，即在使用壳体和泵装置的情况下。
129.对于将具有非线性光学性能的气体引入到壳体中的情况，则在图4中示出的设备1的情况下可以省去非线性光学固态介质2，因为该气体通过自相位调制产生非线性相位φ
nl
。在这种情况下，设备1中的非线性光学固态介质10可以通过激光活性固态介质来代替，该激光活性固态介质用于放大激光脉冲2。
130.图8示出光学系统30，该光学系统构造用于产生在例如小于100fs的数量级上的脉冲持续时间的超短激光脉冲。光学系统30具有射束源31，该射束源用于产生激光脉冲2，所述激光脉冲具有在1mj的数量级上的脉冲能量和在例如200fs与2ps之间的数量级上的脉冲持续时间。为了产生具有这种类型的脉冲参数的激光脉冲2，射束源31可以具有一个或者多个放大器链，所述放大器链具有相干组合的或者单个的纤维放大器、棒状放大器、圆盘状放大器或者板块(slab)式放大器或者再生放大器(例如基于圆盘状激光器)或者其组合。
131.为了将由射束源31产生的激光脉冲2的脉冲持续时间典型地以系数10-20缩短，光学系统30具有用于对激光脉冲2进行光谱展宽的设备1以及在射束路径上随后的用于对经光谱展宽的激光脉冲2
‘
进行时间压缩的设备33。用于对激光脉冲2进行光谱展宽的设备1如进一步在上文描述的那样构造。
132.用于对激光脉冲进行时间压缩的设备33具有一个或者多个色散光学元件，所述色散光学元件可以例如是线性调频镜或者色散镜(例如gti(gires-tournois-interferometer，吉莱-图努瓦-干涉)镜)、棱镜压缩机或者栅格压缩机。
133.在图8中示出的光学系统30还具有调设装置34，该调设装置用于激光脉冲2在进入到用于光谱展宽的设备1之前的圆偏振状态进行调设。在示出的例子中，λ/4板用作调设装置34，该λ/4板将从射束源31中逸出的激光脉冲2的线性偏振状态转化为圆偏振状态。在图8中示出的例子中，在用于光谱展宽的设备1与用于对经光谱展宽的激光脉冲2进行时间压缩的设备33之间布置有另外的影响偏振的调设装置34a，该调设装置将经光谱展宽的激光脉冲2
‘
的圆偏振状态再次转化为线性偏振状态。
134.此外，图8的光学系统30具有用于对激光脉冲2的射束焦散面进行匹配的模式匹配
装置32，所述激光脉冲被提供给用于对激光脉冲2进行光谱展宽的设备1。在示出的例子中，模式匹配装置32是射束望远镜(模式匹配望远镜)，该射束望远镜使射束焦散面、即横向射束轮廓沿着激光脉冲2的光学传播轴线的变化过程匹配于多通池3的(等效)横向特征模式。呈射束望远镜形式的模式匹配装置32在此将射束横截面或射束直径以及激光脉冲2的发散度匹配于多通池3的横向特征模式。
135.通过模式匹配装置32可以实现，在所有循环中，即在多通池3中的相应的端镜上或在相应的镜面6b、f、f2、f3、...或另外的镜面7b、...上的所有反射中，产生激光脉冲2的最大射束直径与最小射束直径之间的比例，该比例小于十二、小于六、尤其小于三。在镜面6b、7b之间的、即多通池3的光学器件之间的射束路径w中，最大射束直径与最小射束直径之间的比例也可以明显大于十二。
136.为了保持激光脉冲2的光谱展宽恒定，用于随后的在用于时间压缩的设备33中的压缩，光学系统30构造用于调节激光脉冲2的脉冲能量，所述激光脉冲进入到用于对激光脉冲2进行光谱展宽的设备1中。为此目的，光学系统30具有至少一个传感器，在示出的例子中该传感器呈光电二极管形式，该光电二极管测量激光脉冲2在进入到用于光谱展宽的设备1中之前的脉冲能量。光学系统30的控制和/或调节装置使用该测量的结果用于调节辐射源31的功率，以便保持脉冲能量恒定。
137.图8的光学系统30还构造用于对激光脉冲2或脉冲式激光射束在进入到用于光谱展宽的设备1中之前的射束位置进行校正或保持该射束位置恒定。为此目的，光学系统30具有位置敏感的光电二极管(例如横向效应二极管或者分段式象限位置探测器)以及摄像机。为了控制激光脉冲2到用于光谱展宽的设备1中的耦合输入，有利的是，在激光脉冲2进入到用于光谱展宽的设备1中之前的射束路径中的一个或者多个镜或者透镜上或者还在用于光谱展宽的设备1内借助一个或者多个摄像机观察射束参量、尤其是射束直径。所述摄像机尤其也可以布置在多通池3的所选择的镜面6b、f、f2、f3...上或者后方。