Die thermodynamischen Grenzen des optischen Pumpens - Untersuchungen an einem neuartigen, intra-cavity gepumpten Scheibenlaser

• Antragsteller: Professor Dr. Ulrich Wittrock
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2012 bis 2017
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 232615474

Es sollen die grundlegenden thermodynamischen Grenzen des optischen Pumpens von Lasern erforscht werden. Die Erfolge der letzten Jahre bei Faser- und Scheibenlasern wurden möglich durch den Übergang vom früheren inkohärenten Pumpen der Stablaser mit Gasentladungslampen zum Pumpen durch spektral und räumlich teilkohärente Diodenlaser mit kleinem Quantendefekt zur Laserwellenlänge. Eine weitere Steigerung der Brillanz von Faser- und Scheibenlasern ist also prinzipiell zu erwarten, wenn man den Wellenlängenunterschied zwischen Pump- und Laserlicht noch weiter verringern kann. Man nähert sich einem Zwei-Niveau-Lasersystem, das aufgrund des Zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik verboten ist. Technisch äußert sich dies in gleich zwei Problemen: Zum Einen wird die Absorption des Pumplichts im Lasermedium schlechter, zum Anderen erfordert die verstärkte thermische Besetzung des unteren Laserniveaus immer höhere Pumpleistungsdichten, um Inversion zu erreichen. Platziert man das zu pumpende Lasermedium allerdings in den Resonator des Pumplasers, lassen sich beide Probleme elegant lösen. Dies soll für einen Hochleistungslaser erstmalig umgesetzt werden. Thermodynamisch betrachtet erfolgt also eine stufenweise Reduktion der Entropie: Zuerst wird ein konventioneller Scheibenlaser mit Hilfe von Diodenlasern gepumpt. Er wird multi-modig betrieben und erzeugt hochgradig, aber nicht vollständig kohärentes Licht. Der Laser besitzt keinen Auskoppelspiegel, sondern erfährt Verluste nur durch die Absorption einer zweiten Laserscheibe, die sich in seinem Resonator befindet. Diese Scheibe stellt einen impedanz-angepassten, perfekten kohärenten Absorber dar und soll räumlich vollständig kohärentes Laserlicht im Grundmode bei einer nur geringfügig längeren Wellenlänge emittieren.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen