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Selbstoptimierender modengekoppelter Diodenlaser

Fachliche Zuordnung Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
Förderung Förderung von 2011 bis 2019
Projektkennung Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 190983618
 
Erstellungsjahr 2019

Zusammenfassung der Projektergebnisse

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.

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