Self-optimising modelocked diode laser
Final Report Abstract
Ein selbstoptimierender modengekoppelter Diodenlaser sollte für konkrete Anwendungen verbessert und in seiner Funktionalität erweitert werden. Die Verbesserungen beinhalten eine weitere Verbesserung der erzielten Pulsbreiten, die Integration von Nachverstärkern zur Erzielung hoher mittlerer Leistungen und Pulsspitzenleistungen und schließlich die Optimierung des Gesamtsystems direkt für Beispielanwendungen. Ziel des Ergänzungsprojektes war es, aufbauend auf den Konzepten des Hauptprojektes, eine resonante Ringresonatoranordnung mit integriertem getaperten Diodenlaserverstärker („regenerative Verstärkung“) zu realisieren, um damit hohe Ausgangsleistungen zu erzielen. Die grundsätzlichen Projektziele wurden erreicht. Die resonatorinterne Optimierung von Dispersion und Verlusten über einen evolutionären Algorithmus funktioniert in Kombination mit externer Pulskompression. Optimierungsziel für den Algorithmus ist eine möglichst hohe spektrale Bandbreite, wobei die emittierten Pulse stark gechirpt sind und im externen Kompressor komprimiert werden müssen. Nicht erreicht wurde die angestrebte Generation von sub-100fs Pulses mit Laserdioden mit extrem breiten Verstärkungsspektren, da die Modenkopplung in diesem Fall offenbar unvollständig war. Es konnte gezeigt werden, dass auch der externe Pulskompressor in die Optimierung einbezogen werden kann. Insbesondere kann die resonatorinterne Dispersion auf sich ändernde äußere Dispersion (z.B. im nachfolgenden optischen Aufbau) optimiert werden und diese vorkompensieren. Die Optimierung der Pulskompression im externen Kompressor mittels SLM und evolutionärem Algorithmus ist nicht unproblematisch. Das naheliegende Optimierungsziel – die Breite der gemessenen Autokorrelationsfunktion – führt zu falschen Optimierungszielen (Puls mit starkem Kohärenzspike, sodass der evolutionäre Algorithmus hier der manuellen Optimierung der SLM-ansteuerung unterlegen ist. Die untersuchte Ringresonatoranordnung zur Erzielung hoher Ausgangsleistungen lieferte vielversprechende erste Ergebnisse. Für einen zuverlässigen Betrieb sind jedoch mechanische Stabilisierungsmaßnahmen erforderlich, die erheblich umfangreicher sind als bei Projektplanung veranschlagt und derzeit noch andauern. Schließlich wurde das modengekoppelte Lasersystem sehr erfolgreich in Anwendungstests in der THz-Zeitbereichsspektroskopie, in der Zweiphotonenpolymerisation und in der Zweiphotonen-mikroskopie eingesetzt.
Publications
- Impact of resonator-internal pulse shaping in mode-locked diode lasers. Nonlinear Dynamics in Semiconductor Lasers, WIAS Berlin (2016)
Rouven H. Pilny, Benjamin Döpke, Carsten Brenner, Thomas Prziwarka, Andreas Klehr, Hans Wenzel, Andrea Knigge, Jörg Hader, Martin R. Hofmann
- Femtosecond semiconductor laser system with resonator-internal dispersion adaptation. Optics Letters, Volume 42, Issue 8, pp. 1524-1527 (2017)
Rouven H. Pilny, Benjamin Döpke, Jan C. Balzer, Carsten Brenner, Andreas Klehr, Andrea Knigge, Günther Tränkle, Martin R. Hofmann
(See online at https://doi.org/10.1364/OL.42.001524) - Self-optimizing passively, actively and hybridly mode-locked diode lasers. CB-P.2, CLEO/Europe 2017, Munich (2017)
Rouven H. Pilny, Benjamin Döpke, Mohammad Ali Alloush, Carsten Brenner, A. Klehr, A. Knigge, G. Tränkle, Martin R. Hofmann
(See online at https://doi.org/10.1109/CLEOE-EQEC.2017.8086397) - Ultrafast Diode Laser with Self-Adapting Pulse-Shaping in Passive, Active and Hybrid Mode-Locking Operation. JTh2A.128, Optics + Photonics Conference, San Diego (2017)
Rouven H. Pilny, Benjamin Döpke, Mohammad Ali Alloush, Carsten Brenner, Martin R. Hofmann
- Mode-locked diode laser with resonant ring amplifier. Proc. SPIE Photonics Europe 10682, Semiconductor Lasers and Laser Dynamics VIII; 106820N (2018)
Mohammad Ali Alloush, Rouven H. Pilny, Carsten Brenner, Thomas Prziwarka, Andreas Klehr, Andrea Knigge, Günther Tränkle, Martin R. Hofmann
(See online at https://doi.org/10.1117/12.2307220) - Mode-locked diode laser with resonant ring amplifier. SPIE 10682 SPIE Photonics Europe , Strasbourg, France (2018)
Mohammad Ali Alloush, Rouven H. Pilny, Carsten Brenner, Thomas Prziwarka, Andreas Klehr, Andrea Knigge, Günther Tränkle, Martin R. Hofmann
(See online at https://doi.org/10.1117/12.2307220) - Passive, active, and hybrid mode-locking in a self-optimized ultrafast diode laser. Proc. SPIE 10553
Mohammad Ali Alloush, Rouven H. Pilny, Carsten Brenner, Andreas Klehr, Andrea Knigge, Günther Tränkle, Martin R. Hofmann
(See online at https://doi.org/10.1117/12.2290086) - Passive, active, and hybrid mode-locking in a self-optimized ultrafast diode laser. SPIE Photonics West (OPTO), San Francisco (2018)
Mohammad Ali Alloush, Rouven H. Pilny, Carsten Brenner, Andreas Klehr, Andrea Knigge, Günther Tränkle, Martin R. Hofmann
(See online at https://doi.org/10.1117/12.2290086) - Resonant pulse amplification based on mode-locked semiconductor lasers. Semiconductor Integrated Optoelectronics (SIOE) conference, Cardiff (2018)
Mohammad Ali Alloush, Rouven H. Pilny, Carsten Brenner, A. Klehr, A. Knigge, G. Tränkle, Martin R. Hofmann
