Ultrakurze Laserpulse haben in den letzten zehn Jahren zunehmend an Bedeutung gewonnen. Sie werden derzeit weltweit in Laboren untersucht und haben wichtige technische Innovationen ermöglicht. Darüber hinaus ist es im Zuge moderner Lasertechnologieforschung gelungen, Einzelzyklus-Pulslaser bei sehr hoher Durchschnittsleistung zu entwickeln, die es z.B. erlauben, Prozesse in Atomen mit nie dagewesener Zeitauflösung zu studieren. In der aktuellen Arbeit eines Jenaer Forscherteams wurden nun zwei komplementäre Ansätze zur Bereitstellung von Einzel-Zykluspulsen bei hoher mittlerer Durchschnittsleistung geprüft und gegenübergestellt. Die Ergebnisse wurden Anfang Juli 2017 im Laser & Photonics Reviews Journal veröffentlicht.
Einzelzyklen-Pulse wurden erstmals 1985 durch Farblaser-Oszillatoren ermöglicht. Nur wenige Jahre später ersetzten Titan-Saphir-Oszillatoren, die heutzutage die kürzesten Impulse mit nur 5 fs Dauer direkt aus dem Oszillator liefern (ein optischer Zyklus sichtbaren Lichts dauert ca. 2,5 fs), binnen kürzester Zeit die Farbstofflaser, da sie deutlich robuster sind. Diese Entwicklung ging jedoch mit keiner wesentlichen Steigerung der Leistungsfähigkeit einher.
Mit der Erforschung innovativer Festkörper-Laserkonzepte wurden Femtosekundenlaser verfügbar, die im Vergleich dazu eine wesentlich höhere Durchschnittsleistung erzeugen. Ytterbium-basierte Faser-, Slab- und Thin-Disk-Laser können heutzutage ultrakurze Impulse mit durchschnittlichen Leistungen bis zu ~ 1 kW liefern - mehr als zwei Größenordnungen mehr als bisher, jedoch bei größeren Impulsdauern.
Die optische parametrische Chirp-Pulsverstärkung und die nichtlineare Pulskompression sind zwei komplementäre Verfahren, um die hohe Durchschnittsleistung von Yb-basierten Femtosekundenlasern auf wenige Einzelzyklen-Pulse zu übertragen. In ihrer Arbeit »High Average Power Near-Infrared Few-Cycle Lasers« verglichen und bewerteten Forscher rund um Dr. Jan Rothhardt und Prof. Jens Limpert (Institut für Angewandte Physik IAP der Friedrich-Schiller-Universität Jena, Helmholtz Institut Jena und Fraunhofer IOF) nun die beiden Ansätze und prüften ihr zukünftiges Skalierungspotenzial.
In ihrer Arbeit kommen die Wissenschaftler zu der Schlussfolgerung, dass ein neues Zeitalter der Einzelzyklen-Lasertechnologie begonnen hat. Insbesondere nichtlineare Pulskompressoren, die im Jenaer Leistungszentrum Photonik federführend entwickelt wurden, werden von den Forschern als leistungsfähig und beinahe unbegrenzt skalierbar beschrieben. Da diese Technologie auf optischen Fasern basiert, schätzen die Autoren, dass sie eine ideale Ergänzung zum wissenschaftlichen Programm des neuen Fasertechnologiezentrums Jena sein werden, welches am 3. Juli 2017 eingeweiht wurde.
Die Forscher gehen weiterhin davon aus, dass die Bedeutung von Few-Cycle-Lasern bei längeren Wellenlängen weiter zunehmen wird. Der Spektralbereich um 2 μm Wellenlänge wurde in Fachkreisen bereits ausführlich untersucht. Hochleistungs-OPCPA-Systeme, die 6 W durchschnittliche Leistung liefern, wurden bereits in diesem Spektralbereich demonstriert. In einem separaten wissenschaftlichen Paper soll demnächst eine detaillierte Übersicht über Ultrakurzpulslaser hoher mittlerer Leistung im mittleren IR-Bereich veröffentlicht werden.
Weitere Informationen und den vollständigen Artikel finden Sie unter folgendem Link:
http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/lpor.201700043/full