Präzise Simulation von Festkörperverstärker

• Antragsteller: Professor Dr. Christoph Pflaum
• Fachliche Zuordnung: Elektronische Halbleiter, Bauelemente und Schaltungen, Integrierte Systeme, Sensorik, Theoretische Elektrotechnik
• Förderung: Förderung von 2016 bis 2020
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 283234036

Laser mit kurzen und ultrakurzen Pulsen werden in vielen technischen Anwendungen benötigt. Aktuell wird insbesondere an der Entwicklung leistungsstarker Ultrakurzpulslaser geforscht, weil diese insbesondere in der Automobilindustrie von bedeutendem Interesse sind. Da die Weiterentwicklung von Laserresonatoren an technische Grenzen stößt, geraten Laserverstärkern immer mehr in den Fokus der Forschung zur Entwicklung von neuartigen Lasern. Die Simulation von Laserverstärkern ist ein wichtiges Werkzeug um die Entwicklungen neuer Laserqellen zu ermöglichen und zu unterstützen. Der Grund hierfür sind die komplexen physikalischen Phänomene in Laserverstärkern die durch Simulationenanalysiert werden können. Hierzu gehören zum Beispiel die genaue 3-dimensionale Simulation der Doppelbrechung, der Depolarisation, der thermischen Effekte oder auch die genaue Berechnung von nichtlinearen Effekten in Ratengleichungen.Während an der Weiterentwicklung von Lasern viel geforscht wird, wird die Grundlagenforschung im Bereich der Entwicklung neuer Simulationstechniken in der Lasersimulation bis jetzt noch vernachlässigt. Ziel des Forschungsprojekts ist es daher, neue Modelle und Berechnungsalgorithmen zur Simulation von Laserverstärkern zu entwickeln. Das aktive Medium ist dabei ein Festkörper, wie zum Beispiel Yb:YAG. Simuliert werden soll die Verstärkung kurzer und ultrakurzer Laserpulse mit niedriger und hoher Repetitionsrate. Berücksichtigt werden hierbei thermische Effekte, Depolarisationseffekte und das spektrale Verhalten im Laserverstärkern. Modelliert werden sollen Verstärker mit Einfach- , Doppel- , und Mehrfachdurchgang. Eine zentrale wissenschaftliche Fragestellung ist, welche Simulationstechniken wie geeignet kombiniert werden müssen, um das Verhalten der Verstärker genau berechnen zu können. Dabei sollen auch neue effiziente Simulationstechniken entwickelt werden. Ziel ist es einerseits, eine genau Simulation zu erhalten, andererseits jedoch möglichst keine zu rechenintensiven Algorithmen zu verwenden. Dies verlangt den Vergleich unterschiedlicher Simulationstechniken.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen