Untersuchung von Ultrakurzpuls-Faserlasern nach dem Prinzip des Mamyshev-Regenerators im kurzwelligen Infrarotbereich

• Antragstellerin: Maria Chernysheva, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2021
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 450888782

Seit den frühen 1990er-Jahren sind Ultrakurzpulslichtquellen zu einem Forschungsgegenstand mit beträchtlicher industrieller Bedeutung geworden. All-Faser-Ultrakurzpulslaser profitieren von Wartungsfreiheit, Kosteneffizienz und Fertigungssimplizität. Sie dienen als wertvoller Versuchsstand bei der Erforschung nichtlinearer Wellendynamik und treiben wegen eines rasch wachsenden Anwendungsspektrums den Fortschritt in der Lichtwellenleitertechnik signifikant voran. Die Verfügbarkeit von Kurzwellen-Infrarot-Lasern im 1,7- bis 2,5-µm-Band hat wegen des Fehlens faserbasierter Komponenten und Instrumente erst in der vergangenen Dekade eine rasante Entwicklung gezeigt. Das vorgeschlagene Projekt erforscht die grundlegende Physik von Tm-dotierten Faserlasern, welche nach dem Prinzip des Mamyshev-Regenerators aufgebaut sind. Solch eine Konfiguration ist jüngst als innovativer Ansatz für eine Lasertechnik-Plattform mit nahezu beliebiger Leistungsanforderung vorgeschlagen worden, die nur wenige faseroptische Komponenten benötigt und, zumal die Erzeugung der ultrakurzen Pulse nicht von der Polarisation abhängt, höchste Umgebungsstabilität aufweist.Die Intention des vorgeschlagenen Projektes ist, sowohl theoretisch als auch experimentell die Entstehung von ultrakurzen Pulsen im Mamyshev-Oszillator zu erforschen. Solche Laserkonfigurationen beruhen auf einem kontraintuitiven Design, das infolge der spektral versetzten Filterung einen diskontinuierlichen Resonator aufweist. Der Pulsumlauf in einem derartigen Resonator entspricht einer Ausbreitung durch verkettete Regeneratoren, wodurch ein CW-Durchbruch des erzeugten ultrakurzen Pulses effektiv unterdrückt wird. Den Haupt-Herausforderungen des Forschungsvorhabens wird durch drei wechselseitig verbundene Ziele begegnet: (i) Numerisches Modellieren des Tm-dotierten Mamyshev-Faserlasers, um die Resonatordispersion und Nichtlinearität für die spektrale Verbreiterung auszutarieren sowie die Abstimmbarkeit der Ausgangsparameter zu ermitteln; (ii) Untersuchen spezieller Glasmatrizen für aktive Fasern zur Entwicklung optimierter Laser; (iii) Anwenden der Echtzeit-Messtechnik, um die die zeitlich-spektrale Dynamik des Lasers zu eruieren und, um die Anwendbarkeit der Echtzeit-Spektroskopie bei der Analyse von Bioproben im Kurzwellen-Infrarot zu evaluieren. Das Projekt wird in enger Zusammenarbeit mit der theoretischen Gruppe der Aston University in Großbritannien (Dr. A. Perego) und Experten für Faserherstellung der Nanyang Technological University in Singapur (Prof. S. Yoo) durchgeführt.Somit füllt dieses Projekt die Lücke zwischen theoretischem Verständnis und experimenteller Echtzeitbeobachtung zur Entstehung kohärenter Pulse durch Instabilitätsprozesse im Mamyshev-Oszillator und zudem zur Entwicklung fortschrittlicher Lasersysteme, welche modernste Ansprüche der Kurzwellen-Infrarot-Anwendung in der Spektroskopie, Biomedizin, Navigation und Wissenschaft verwirklichen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen