Kontrolle der Pulsdynamik in passiv modengekoppelten Hochenergie-Festkörper-Laseroszillatoren

• Antragsteller: Professor Dr. Uwe Morgner
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 222279330

Modengekoppelte Laseroszillatoren, die Femtosekunden-Impulse mit hoher Wiederholrate emittieren, werden immer leistungsfähiger. Mit ausgefeilten Techniken wie dem Scheiben- oder dem slab-Schema werden Pulsenergien im 10µJ-Bereich direkt aus dem Laseroszillator erreicht. Dabei stellt man fest, dass mit wachsender Pulsenergie scheinbar zwangsläufig die Pulsdauer wächst - und zwar wesentlich über die durch die Gewinnbandbreite vorgegebenen Limitationen hinaus, was den Erfolg der Energiesteigerung wieder relativiert; wir benennen das hier das Skalierungsproblem. Vom solitär modengekoppelten Oszillator ist es bekannt, dass Multi-Photonen-Absorptionsprozesse im Halbleiter- Absorberspiegel den wesentlichen limitierenden Mechanismus bilden; eine Gegenmaßnahme wurde bisher allerdings nicht erarbeitet und demonstriert. Das soll in diesem Projekt durch genaue Analyse der Pulsformungsmechanismen und gezieltes Eingreifen in die Dynamik u.a. durch eine genau zu diesem Zweck angepasste FPGA-Regelung erforscht werden. Interessanterweise tritt das obengenannten Skalierungsproblem aber nicht nur bei solitär modengekoppelten, sondern auch bei „chirped pulse oscillators“ (CPO) mit dispersiv gestreckt umlaufenden Pulsen auf, bei denen das einfache Erklärungsmodell der Nichtlinearitätsvermeidung nicht so offensichtlich zutrifft. In diesem Parameterbereich ist das Pulsdauerproblem noch nicht systematisch exploriert worden, auch das soll in diesem Projekt nachgeholt werden. Am Ende des Projektes steht fundamentaler Erkenntnisgewinn über die nichtlineare Pulspropagation in den Hochenergieoszillatoren, über ihre Limitationen und über ihre Kontrollmöglichkeiten; am Ende wurden neue Konzepte erforscht und demonstriert, mit denen die Pulsdauern in Hochenergieoszillatoren wesentlich zu senken sind. So wird sich aus einem vornehmlich akademisch interessegeleiteten Projekt eine hohe Relevanz für vielfältige Anwendungen ergeben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Dr. Marcel Schultze