Yb:KYW regenerativer Verstärker für ultrakurze Pulse (eBook)

Angelika Beyertt (Autor)

eBook Download: PDF

2010 | 1. Auflage
162 Seiten
Herbert Utz Verlag
978-3-8316-4002-7 (ISBN)

Infos

Kurzfassung

Mit ultrakurzen Laserpulsen ist in der Lasermaterialbearbeitung die präzise Strukturierung von metallischen und nichtmetallischen Werkstoffen ohne den Einfluss störender thermischer Effekte möglich. Zuverlässige, kompakte und billige Ultrakurzpulslasersysteme sind jedoch kommerziell kaum erhältlich, dies verhindert bisher die Überführung dieser Technologie von den Forschungslaboren in die industrielle Anwendung. Hier bietet der Scheibenlaser die Möglichkeit, kompakte, anwendungstaugliche Ultrakurzpulsquellen mit hoher Pulsenergie und mittlerer Leistung bei beugungsbegrenzter Strahlqualität zu realisieren. Im Rahmen dieser Arbeit wurde ein Yb:KYW regenerativer Verstärker für ultrakurze Laserpulse aufgebaut. Es kommen zwei Konzepte zum Einsatz. Zum einen wurde ein System mit Gires-Tournois-Interferometer-Spiegeln zur Dispersionskompensation im Verstärkerresonator realisiert. Dadurch wird die dispersive Pulsverlängerung während der Verstärkungsphase verhindert. Dieses Konzept ermöglicht die Verstärkung von Laserpulsen im Subpikosekundenbereich mit Pulsenergien bis zu 150 µJ.

Das Einsetzten optisch nichtlinearer Effekte begrenzt die Verstärkung zu höheren Pulsenergien, zudem können in diesem Energiebereich keine Laserpulse kürzer als 500 fs verstärkt werden. Der Vorteil dieses Konzepts liegt jedoch im einfachen und kompakten Aufbau. Zum anderen wird für die Verstärkung kürzerer Laserpulse ein zweites Konzept herangezogen. Bei diesem wird die dispersive Pulsverlängerung durch die resonatorinternen optischen Komponenten während der Verstärkung nicht kompensiert. Durch die Verlängerung der Laserpulse setzen nichtlineare Effekte erst bei höheren Pulsenergien ein. Die Laserpulse müssen in diesem Fall jedoch nach der Verstärkungsphase durch einen Gitterkompressor rekomprimiert werden.

Die vergleichsweise niedrige Dispersion im System erlaubt den Einsatz von Gittern mit niedriger Liniendichte, so dass die Justageempfindlichkeit wesentlich geringer als in gewöhnlichen CPA-Systemen ist. Dieses zweite Konzept ist durch den Gitterkompressor etwas anspruchsvoller und weniger kompakt als das erste, erlaubt dafür aber die Verstärkung kürzerer Laserpulse. Es wurden Laserpulse im Bereich bis 100 µJ Pulsenergie mit einer Pulslänge von etwa 300 fs demonstriert. Ein vorhandenes Modell wurde für die Simulation des Systems genutzt. Vergleiche der modellierten Werte mit experimentellen Daten zum Verstärkerbetrieb weisen eine gute Übereinstimmung auf. Anhand des Modells lassen sich für verschiedene Anfangsbedingungen Vorhersagen für die zu erwartenden Pulseigenschaften treffen. Die im Rahmen dieser Arbeit erzielten Resultate bestätigen die Eignung von Yb:KYW in regenerativen Scheibenlaserverstärkern für den Aufbau von kompakten, leistungsfähigen Ultrakurzpulslasern, die vielfältige neue Anwendungsgebiete beispielsweise in Medizin oder Industrie erschließen können.

Inhalt

Kurzfassung 6
Inhaltsverzeichnis 8
Symbolverzeichnis 10
Abkürzungen 13
Extended Abstract 14
1 Einleitung 18
1.1 Hintergrund und Zielsetzung 18
1.2 Strukturierung der Arbeit 19
2 Grundlagen 22
2.1 Prinzip des Scheibenlasers 22
2.2 Laseraktives Medium Yb:KYW 23
2.3 Ultrakurzpulsverstärkersysteme 26
2.4 Allgemeine Grundlagen der Ultrakurzpulsphysik 30
3 Realisierung des Verstärkers 40
3.1 Strahlverlauf im Gesamtsystem 41
3.2 Seedlaser 42
3.3 Verstärkerresonator 44
3.4 Scheibenlasermodul 45
3.5 Pockelszelle 46
3.6 Kompressor 47
3.7 Diagnostikverfahren 47
4 Verstärkung ultrakurzer Laserpulse 52
4.1 Regenerativer Verstärker mit Yb:KYW 52
4.2 Dispersionskompensation mit GTI-Spiegeln im Resonator 61
4.3 Resonatorexterne Pulskomprimierung durch Gitter 69
4.4 Zusammenfassung der experimentellen Ergebnisse 73
5 Modellierung des Systems mit ProPulse 76
5.1 Das Modell 76
5.2 Vergleich zwischen Experiment und Modell 79
5.3 Optimierungsmöglichkeiten 97
6 Zusammenfassung und Ausblick 132
Literaturverzeichnis 138
A Anhang 146
A.1 Axiale Temperaturverteilung in der Scheibe 146
A.2 Emissions- und Absorptionswirkungsquerschnitt 147
A.3 Spektrale Frequenzverteilung eines Laserpulses 150
A.4 Stimulierte Raman-Streuung 151
Danksagung 156

Produkt-Details

• Erscheint lt. Verlag: 1.1.2010
• Sprache: deutsch
• Themenwelt: Technik ► Elektrotechnik / Energietechnik
• ISBN-10: 3-8316-4002-5 / 3831640025
• ISBN-13: 978-3-8316-4002-7 / 9783831640027