Theorie und Steuerung der optischen Verluste von Vielschichtsystemen für Femtosekundenresonatoren

• Antragsteller: Professor Dr. Detlev Ristau
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 448756425

Neben vielen anderen Forschungsbereichen hat die Entwicklung von Femtosekunden-Enhancement-Cavities (ECs) eine Reihe von bahnbrechenden Errungenschaften in der Spektroskopie ermöglicht, darunter die transiente Absorptions- und die Raman-Spektroskopie, sowie die direkte Frequenzkamm-Methode. Neben der Erhöhung der Empfindlichkeit der breitbandigen Absorptionsspektroskopie sind hohe Intensitäten erforderlich, um nichtlineare Prozesse wie die Erzeugung hoher Harmonischer bei Multi-Megahertz-Wiederholraten anzutreiben. Breitbandige, verlustarme Dispersionsspiegel sind die Schlüsselkomponenten dieser Systeme und begrenzen die Leistung der Pumplaser. Die Verluste der Resonatorspiegel wirken sich direkt auf die Finesse aus und begrenzen die Nachweisempfindlichkeit in der Spurenanalyse von Atomen. Über die ECs hinaus ist die einzigartige Kombination von großem Spektralbereich, geringen Verlusten und wohldefinierter Dispersion auf dem Gebiet der Hochleistungs-Femtosekunden-Oszillatortechnologie von großer Bedeutung. Daher sind verlustarme, breitbandige Dispersionsspiegel eines der wichtigsten Forschungsgebiete auf den Gebieten der Femtosekundenlaser und optischen Beschichtungen.Die optische Bandbreite von ECs wird hauptsächlich durch die Gruppengeschwindigkeitsdispersion (GDD), aber auch signifikant durch optische Verluste begrenzt. Die Ziele dieses Forschungsprojekts konzentrieren sich auf das grundlegende Verständnis der Mechanismen, die die Bandbreite und die optische Qualität von dielektrischen Dünnschichtsystemen für Anwendungen von ultrakurzen Pulsen begrenzen. Die erwarteten Forschungsergebnisse ebnen den Weg für eine präzise Kontrolle der GDD von breitbandigen Dispersionsspiegeln. In der geplanten ergänzenden Forschungsstrategie wird die Finesse der EC adressiert, indem zugrundeliegende Mechanismen der optischen Verluste verstanden, und neuartige Techniken zu ihrer Reduktion in breitbandigen dispersiven Spiegeln entwickelt werden.Um die grundlegenden Mechanismen der Streuung und Absorption im ultrakurzen Pulsdauerbereich zu verstehen, werden in diesem Forschungsprojekt zwei Hauptaspekte behandelt: Einerseits materialintrinsische optische Eigenschaften in Kombination mit der Mikrostruktur, und die Wechselwirkung von Strahlung und Defekten im dielektrischen Mehrschichtsystem andererseits. Mithilfe von Modellbeschichtungen mit und ohne eingebettete künstliche Defekte, unter Verwendung von Materialmischungen und einer innovativen Abscheidungstechnologie soll diesbezüglich das Verständnis erarbeitet werden. Die abgeleiteten Modelle für Streuung und Absorption sollen angewendet werden, um innovative Beschichtungsdesigns für Dispersionsspiegel zu entwickeln. Ein Ansatz zur Reduktion von Defekten wird innerhalb des Projektzeitraums validiert. Mit einer Kombination dieses Ansatzes und der neuartigen Beschichtungsdesigns werden Mehrschichtspiegel für Ultrakurzpulsanwendungen mit reduzierten optischen Verlusten entwickelt.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Internationaler Bezug: China
• Partnerorganisation: National Natural Science Foundation of China
• Mitverantwortliche: Dr. Marco Jupé; Dr. Andreas Wienke
• Kooperationspartner: Professor Jinlong Zhang