Realisierung neuartiger gechirpter Volumen-Bragg-Gitter mit Hilfe von fs-Laserpulsen und Untersuchung ihres Potentials für neue Anwendungsbereiche

• Antragsteller: Professor Dr. Stefan Nolte
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448663633

Ultrakurzpuls-Lasersysteme sind Enabler für eine Vielzahl von Anwendungen, z.B. in der Mikroskopie, Spektroskopie, Sensorik oder Materialbearbeitung. Für viele dieser Anwendungen sind kompakte und zuverlässige Lasersysteme unerlässlich. In den letzten Jahren wurden gechirpte Volumen-Bragg-Gitter (CVBG) verfügbar, die die traditionell verwendeten Bulk-Gitter im Kompressor von Chirped-Puls-Verstärkersystemen ersetzen und kompakte und robuste Laserdesigns ermöglichen. Typischerweise basieren diese CVBG auf einem speziellen photothermorefraktiven Glas, was die Anwendung auf bestimmte Streckfaktoren, Laserleistungen und Wellenlängenbereiche beschränkt. Genau diese Einschränkungen werden in diesem Projekt adressiert, um die Anwendbarkeit z.B. in Bezug auf Leistung oder neue Spektralbereiche zu erweitern. Ein Beispiel ist der der sogenannte Fingerabdruckbereich im mittleren Infrarot, der spezifische spektroskopische Anwendungen ermöglicht. Die derzeit verfügbaren CVBG sind hier jedoch nicht anwendbar, da das verwendete Glas bei diesen Wellenlängen nicht transparent ist.Die Strukturierung mit ultrakurzen Laserpulsen ist eine vielversprechende Alternative für die Realisierung von VBG in anderen Materialien (Gläser und Kristalle). Während effiziente reflektierende Standard-VBGs auf der Basis dieses Ansatzes bereits z.B. in Quarzglas demonstriert wurden, sind CVBGs noch zu entwickeln. Darüber hinaus leiden die derzeitigen ultrakurzpulsgeschriebenen VBGs an Inhomogenitäten über ihre Apertur, was ihre Anwendung in Hochleistungslasersystemen einschränkt.Hier leistet das Gemeinschaftsprojekt zwischen dem Institut für Angewandte Physik der Friedrich-Schiller-Universität Jena (FSU) und dem Institut für Angewandte Physik der Russischen Akademie der Wissenschaften (RAS) einen entscheidenden Beitrag. Ziel des Projektes ist die Entwicklung einer zuverlässigen Technologie zum Einschreiben hochwertiger CVBG mit einer Apertur von bis zu 5mmx5mm. Das Hauptaugenmerk liegt auf Quarzglas als Wirtsmaterial, das extrem robuste - in Bezug auf mechanische und optische Leistung – als auch homogene Gitterstrukturen ermöglicht. Diese Bauelemente werden dann iterativ getestet und mit kommerziell erhältlichen Gittern in Bezug auf ihren Einsatz in Hochleistungs-Ultrakurzpuls-Lasersystemen verglichen, bevor schließlich die Gitterparameter hinsichtlich Streckfaktor und Bandbreite erweitert werden, die über derzeit verfügbare Elemente hinausgehen. Zusätzlich werden neue Materialien untersucht und hinsichtlich ihrer Strukturierbarkeit mit ultrakurzen Laserpulsen bewertet, um schließlich CVBG in neuen Gläsern oder Kristallen zu realisieren, die perfekt auf spezifische Anwendungen wie z.B. die Erzeugung hoher mittlere Leistungen oder neue Spektralbereiche abgestimmt sind. Damit wird die im Rahmen dieses Projekts entwickelte Technologie eine große Hebelwirkung für die weitere Verbesserung von Ultrakurzpuls-Laserpulssystemen haben.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: Russische Föderation
• Partnerorganisation: Russian Foundation for Basic Research, bis 3/2022
• Kooperationspartner: Dr. Ivan Mukhin, bis 3/2022