Design und Analyse kompakter, diodengepumpter Femtosekunden-Laser:
Gespeichert in:
| 1. Verfasser: | |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Norderstedt
Books on Demand
2005
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | Zugl.: Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2004 |
| Beschreibung: | X, 205 S. Ill., graph. Darst. |
| ISBN: | 3833431121 |
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| adam_text | DESIGN UND ANALYSE DIODENGEPUMPTER FEMTOSEKUNDEN-LASER VON DER FAKULTAET
FUER MASCHINENWESEN DER RHEINISCH-WESTFAELISCHEN TECHNISCHEN HOCHSCHULE
AACHEN ZUR ERLANGUNG DES AKADEMISCHEN GRADES EINES DOKTORS DER
NATURWISSENSCHAFTEN GENEHMIGTE DISSERTATION VORGELEGT VON DIPL.-PHYS.
PETER RUSSBUELDT AUS JUELICH BERICHTER: UNIVERSITAETSPROFESSOR DR. RER. NAT.
REINHART POPRAWE M.A. UNIVERSITAETSPROFESSOR DR. RER. NAT. WOLFGANG
SANDNER TAG DER MUENDLICHEN PRUEFUNG: 21. DEZEMBER 2004 INHALTSVERZEICHNIS
EINLEITUNG 1 1.1 WARUM FEMTOSEKUNDEN-LASER? 1 1.2 DER FS-OSZILLATOR 2
1.3 STAND DER TECHNIK VON COLQUIRIIT FS-LASERN 3 1.4 ZIELSETZUNG UND
VORGEHENSWEISE 5 FUNKTION UND PARAMETER VON FS-OSZILLATOREN 9 2.1
FUNKTIONSELEMENTE EINES FS-OSZILLATORS 9 2.1.1 VERSTAERKUNGSMEDIUM 9
2.1.2 RESONATOR 10 2.1.3 NICHTLINEARES ELEMENT 10 2.1.3.1 KERR-EFFEKT 10
2.1.3.2 SELBST AMPLITUDEN MODULATION (SAM) 11 2.1.3.3 SELBST PHASEN
MODULATION (SPM) 12 2.1.4 DISPERSIONSKOMPENSATION 13 2.2 MASTERGLEICHUNG
14 2.2.1 STATIONAERE LOESUNG 14 2.2.2 NICHTLINEARE SCHROEDINGER-GLEICHUNG
15 2.2.3 STOERUNGEN DER MASTERGLEICHUNG 16 2.3 LASERMEDIUM 17 2.3.1
KENNGROESSEN 17 2.3.2 DIODENPUMPEN 19 2.3.3 COLQUIRIITE 20 2.4
RESONATORGEOMETRIE 21 2.4.1 ANPASSUNG VON RESONATORMODE UND
LASERDIODEN-STRAHLUNG 21 2.4.2 KERR-LENS MODELOCKING 23 2.4.3
RESONATORGEOMETRIEN VON KLM FS-OSZILLATOREN 24 2.4.3.1 X-RESONATOR 24
2.4.3.2 MODIFIZIERTER Z-RESONATOR 24 2.4.3.3 TRENNUNG VON
NICHTLINEARITAET UND VERSTAERKUNGSMEDIUM 25 2.4.3.4 RINGLASER 26 2.4.4
MODENKOPPLUNG MIT SAETTIGBAREN HALBLEITER ABSORBER SPIEGELN 26 2.5
DISPERSIONSKOMPENSATION 27 2.5.1 DISPERSION 27 2.5.2 EINFLUSS DER
DISPERSION 27 2.5.3 RESONATORSPIEGEL 28 2.5.4 OPTISCHE MATERIALIEN 29
2.5.5 PRISMENSTRECKEN 30 2.5.6 GTI-SPIEGEL 32 2.5.7 GECHIRPTE SPIEGEL 33
2.5.8 MESSUNG DER GDD 35 2.6 EIGENSCHAFTEN EINES FS-OSZILLATORS 36 VIII
INHALT 2.6.1 MESSGROESSEN 36 2.6.2 STOERUNGEN DER SPEKTRALEN KOHAERENZ 37
2.6.3 MESSUNG DER EIGENSCHAFTEN VON FS-LASERPULSEN 38 3 SIMULATION
TYPISCHER KLM FS-RESONATOREN 39 3.1 OFFENE FRAGEN 39 3.1.1 UNTERSCHIEDE
ZWISCHEN COLQUIRIITEN UND TI:SAPHIR 39 3.1.2 SAETTIGUNG DER VERSTAERKUNG
39 3.1.3 SAETTIGUNG DER SAM UND SPM 40 3.1.4 VERLUSTE DURCH BEUGUNG UND
ABBILDUNGSFEHLER 41 3.2 LOESUNG DER ZEITUNABHAENGIGEN WELLENGLEICHUNG 41
3.2.1 ABERRATIONSFREIER ANSATZ 41 3.2.2 DER ERWEITERTE ANSATZ 42 3.2.3
WIRKUNG DES LASER- / KERR-MEDIUMS 44 3.3 ERGEBNISSE DER SIMULATION IN
ZEITUNABHAENGIGER, ABERRATIONSFREIER NAEHERUNG 45 3.3.1 LINEARE
RESONATOREN 45 3.3.1.1 PARAMETER 45 3.3.1.2 WIRKUNG EINER KERR-LINSE AUF
EINEN LINEAREN RESONATOR 46 3.3.1.3 SYMMETRISCHER RESONATOR 49 3.3.1.4
SAETTIGUNG DER VERSTAERKUNG 55 3.3.1.5 ASTIGMATISMUSKORREKTUR 57 3.3.1.6
KRISTALLAENGE 57 3.3.1.7 ASYMMETRISCHE ARMLAENGEN 59 3.3.1.8 GEKRUEMMTER
ENDSPIEGEL 60 3.3.1.9 MODENANPASSUNG 62 3.3.1.10 RESONATORLAENGE 63
3.3.1.11 JUSTAGE DES RESONATORS 66 3.3.1.12 GROSSE PULSLEISTUNGEN 66
3.3.2 VERSTAERKUNG AM RESONATORENDE 69 3.3.3 RINGLASER 71 3.3.3.1
PARAMETER 71 3.3.3.2 WIRKUNG EINER KERR-LINSE AUF EINEN RING RESONATOR
72 3.3.3.3 FREIE PARAMETER 73 3.3.3.4 MAXIMIERUNG DER SAM 74 3.3.3.5
NUMERISCHE ERGEBNISSE 75 3.4 BERUECKSICHTIGUNG DER BEUGUNG 78 3.4.1
FRESNEL-HUYGENS BEUGUNGSINTEGRAL 78 3.4.2 BEUGUNGSVERLUSTE 79 3.4.3
BEDEUTUNG DER STABILITAETSGRENZEN 81 3.5 EINFLUSS DER
MATERIALEIGENSCHAFTEN UND RESONATORGEOMTRIE 82 4 OPTIMIERUNG EINES
Z-RESONATORS 85 4.1 ZIELSETZUNG 85 4.2 MODENANPASSUNG 85 4.2.1
LASERDIODEN ALS PUMPQUELLE 85 IX 4.2.2 MIKROLINSEN 85 4.2.3
ZWISCHENFALTUNG 86 4.3 MECHANISCHER UND ELEKTRISCHER AUFBAU 87 4.3.1
UMGEBUNGSEINFLUESSE 87 4.3.2 STEIFIGKEIT 88 4.3.3 LANGZEITSTABILITAET 89
4.3.4 ELEKTRIK 90 4.4 SPIEGEL MIT KLEINEN REFLEXIONSVERLUSTEN 91 4.5
DISPERSION 91 4.5.1 ALLGEMEINES 91 4.5.2 PRISMEN 92 4.5.3 GTI-SPIEGEL 93
4.5.4 PRISMEN UND GTI-SPIEGEL 93 4.5.5 GECHIRPTE SPIEGEL 94 4.6 EINFLUSS
DER RESONATORGEOMETRIE 100 4.6.1 ABSTAND DER FALTUNGSSPIEGEL 100 4.6.2
ASYMMETRIE DES LASERKRISTALLS 104 4.6.3 Q-SWITCHING INSTABILITAETEN 107
4.6.4 ASYMMETRIE DER ARMLAENGEN 108 4.6.5 GEKRUEMMTER AUSKOPPELSPIEGEL 109
4.6.6 RESONATORLAENGE 110 4.6.7 SCHLUSSFOLGERUNGEN 110 4.7 PUMPLEISTUNG
UND AUSKOPPELGRAD 110 4.7.1 LASEREFFIZIENZ 110 4.7.2 EINFLUSS AUF KLM 112
4.8 LASERKRISTALLE 112 4.8.1 MODENKOPPLUNG 112 4.8.2 THERMAL QUENCHING
114 4.8.3 BESTAENDIGKEIT UND QUALITAET 115 4.9 ZUSAMMENFASSUNG 115 4.10
ERREICHTE WERTE 117 5 APPLIKATIONSBEISPIELE 120 5.1 FREQUENZMETROLOGIE
120 5.2 REFLEXIONSMESSUNGEN AN INGAAS / INALAS SCHICHTSYSTEMEN 122 5.3
KONFOKALE 2-PHOTONEN FLUORESZENZ MIKROSKOPIE 122 5.4 BOHREN MIT EINEM
FS-OSZILLATOR 124 5.5 REGENERATIVER VERSTAERKER 124 6 ZUSAMMENFASSUNG 127
ABKUERZUNGEN 129 FORMELZEICHEN 130 ANHANG 135 AL ANWENDUNG VON
FS-LASERSTRAHLUNG 135 X INHALT A2 MEILENSTEINE BEI DER ENTWICKLUNG VON
FS-LASERN 138 A3 REDUZIERTE WELLENGLEICHUNG IN MATERIE 139 A4 ANDERE
BREITBANDIGE LASERMEDIEN 141 A5 PRISMENKOMPRESSOR 143 A6 MESSUNG DER
EIGENSCHAFTEN VON FS-PULSEN 145 A7 ABERRATIONSFREIE NAEHERUNG 147 A 7.1
FORMALISMUS 147 A 7.2 NUMERIK 150 A 7.3 ERWEITERUNG DER
ZEITUNABHAENGIGEN, ABERRATIONSFREIEN NAEHERUNG 153 A 7.4 ASTIGMATISMUS
KORREKTUR 155 A 7.5 GUOY-PHASENVERSCHIEBUNG 157 A 7.6 MODENANPASSUNG 158
A 7.7 KLM RING-RESONATOR MIT TI:SAPHIR 159 A8 AUSGEZEICHNETE ORTE IM
JA-DIAGRAMM 160 A 8.1 LINEARER RESONATOR 160 A 8.2 RING-RESONATOR 161 A9
SAETTIGBARER ABSORBER 163 A10 X-RESONATOR MIT VERSTAERKUNGSMEDIUM AM
RESONATORENDE 165 A 10.1 ZIELSETZUNG 165 A 10.2 NICHTLINEARITAET UND
MODENANPASSUNG 165 A 10.3 BERECHNUNG DES RESONATORS 167 A 10.4
EXPERIMENTELLE OPTIMIERUNG 167 A 10.4.1 MAXIMALE NICHTLINEARITAET 167 A
10.4.2 REDUZIERUNG DER ASYMMETRIE UND TOD 170 A 10.4.3 REDUZIERUNG DER
NICHTLINEARITAET UND TOD 171 A 10.5 SELBSTSTARTEN 172 A 10.6 EINFLUSS DER
GDD 173 A 10.7 EINFLUSS DES AUSKOPPELGRADES 174 A 10.8
DISPERSIONSKOMPENSATION DURCH GTI-SPIEGEL 176 A 10.9 ZUSAMMENFASSUNG 177
ALL FRESNEL-KIRCHHOFF BEUGUNGSINTEGRAL 178 A 11.1 ENTWICKLUNG DES
FRESNEL-KIRCHHOFF BEUGUNGSINTEGRALS 178 A 11.2 NUMERIK 183
LITERATURVERZEICHNIS 191
|
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DESIGN UND ANALYSE DIODENGEPUMPTER FEMTOSEKUNDEN-LASER VON DER FAKULTAET
FUER MASCHINENWESEN DER RHEINISCH-WESTFAELISCHEN TECHNISCHEN HOCHSCHULE
AACHEN ZUR ERLANGUNG DES AKADEMISCHEN GRADES EINES DOKTORS DER
NATURWISSENSCHAFTEN GENEHMIGTE DISSERTATION VORGELEGT VON DIPL.-PHYS.
PETER RUSSBUELDT AUS JUELICH BERICHTER: UNIVERSITAETSPROFESSOR DR. RER. NAT.
REINHART POPRAWE M.A. UNIVERSITAETSPROFESSOR DR. RER. NAT. WOLFGANG
SANDNER TAG DER MUENDLICHEN PRUEFUNG: 21. DEZEMBER 2004 INHALTSVERZEICHNIS
EINLEITUNG 1 1.1 WARUM FEMTOSEKUNDEN-LASER? 1 1.2 DER FS-OSZILLATOR 2
1.3 STAND DER TECHNIK VON COLQUIRIIT FS-LASERN 3 1.4 ZIELSETZUNG UND
VORGEHENSWEISE 5 FUNKTION UND PARAMETER VON FS-OSZILLATOREN 9 2.1
FUNKTIONSELEMENTE EINES FS-OSZILLATORS 9 2.1.1 VERSTAERKUNGSMEDIUM 9
2.1.2 RESONATOR 10 2.1.3 NICHTLINEARES ELEMENT 10 2.1.3.1 KERR-EFFEKT 10
2.1.3.2 SELBST AMPLITUDEN MODULATION (SAM) 11 2.1.3.3 SELBST PHASEN
MODULATION (SPM) 12 2.1.4 DISPERSIONSKOMPENSATION 13 2.2 MASTERGLEICHUNG
14 2.2.1 STATIONAERE LOESUNG 14 2.2.2 NICHTLINEARE SCHROEDINGER-GLEICHUNG
15 2.2.3 STOERUNGEN DER MASTERGLEICHUNG 16 2.3 LASERMEDIUM 17 2.3.1
KENNGROESSEN 17 2.3.2 DIODENPUMPEN 19 2.3.3 COLQUIRIITE 20 2.4
RESONATORGEOMETRIE 21 2.4.1 ANPASSUNG VON RESONATORMODE UND
LASERDIODEN-STRAHLUNG 21 2.4.2 KERR-LENS MODELOCKING 23 2.4.3
RESONATORGEOMETRIEN VON KLM FS-OSZILLATOREN 24 2.4.3.1 X-RESONATOR 24
2.4.3.2 MODIFIZIERTER Z-RESONATOR 24 2.4.3.3 TRENNUNG VON
NICHTLINEARITAET UND VERSTAERKUNGSMEDIUM 25 2.4.3.4 RINGLASER 26 2.4.4
MODENKOPPLUNG MIT SAETTIGBAREN HALBLEITER ABSORBER SPIEGELN 26 2.5
DISPERSIONSKOMPENSATION 27 2.5.1 DISPERSION 27 2.5.2 EINFLUSS DER
DISPERSION 27 2.5.3 RESONATORSPIEGEL 28 2.5.4 OPTISCHE MATERIALIEN 29
2.5.5 PRISMENSTRECKEN 30 2.5.6 GTI-SPIEGEL 32 2.5.7 GECHIRPTE SPIEGEL 33
2.5.8 MESSUNG DER GDD 35 2.6 EIGENSCHAFTEN EINES FS-OSZILLATORS 36 VIII
INHALT 2.6.1 MESSGROESSEN 36 2.6.2 STOERUNGEN DER SPEKTRALEN KOHAERENZ 37
2.6.3 MESSUNG DER EIGENSCHAFTEN VON FS-LASERPULSEN 38 3 SIMULATION
TYPISCHER KLM FS-RESONATOREN 39 3.1 OFFENE FRAGEN 39 3.1.1 UNTERSCHIEDE
ZWISCHEN COLQUIRIITEN UND TI:SAPHIR 39 3.1.2 SAETTIGUNG DER VERSTAERKUNG
39 3.1.3 SAETTIGUNG DER SAM UND SPM 40 3.1.4 VERLUSTE DURCH BEUGUNG UND
ABBILDUNGSFEHLER 41 3.2 LOESUNG DER ZEITUNABHAENGIGEN WELLENGLEICHUNG 41
3.2.1 ABERRATIONSFREIER ANSATZ 41 3.2.2 DER ERWEITERTE ANSATZ 42 3.2.3
WIRKUNG DES LASER- / KERR-MEDIUMS 44 3.3 ERGEBNISSE DER SIMULATION IN
ZEITUNABHAENGIGER, ABERRATIONSFREIER NAEHERUNG 45 3.3.1 LINEARE
RESONATOREN 45 3.3.1.1 PARAMETER 45 3.3.1.2 WIRKUNG EINER KERR-LINSE AUF
EINEN LINEAREN RESONATOR 46 3.3.1.3 SYMMETRISCHER RESONATOR 49 3.3.1.4
SAETTIGUNG DER VERSTAERKUNG 55 3.3.1.5 ASTIGMATISMUSKORREKTUR 57 3.3.1.6
KRISTALLAENGE 57 3.3.1.7 ASYMMETRISCHE ARMLAENGEN 59 3.3.1.8 GEKRUEMMTER
ENDSPIEGEL 60 3.3.1.9 MODENANPASSUNG 62 3.3.1.10 RESONATORLAENGE 63
3.3.1.11 JUSTAGE DES RESONATORS 66 3.3.1.12 GROSSE PULSLEISTUNGEN 66
3.3.2 VERSTAERKUNG AM RESONATORENDE 69 3.3.3 RINGLASER 71 3.3.3.1
PARAMETER 71 3.3.3.2 WIRKUNG EINER KERR-LINSE AUF EINEN RING RESONATOR
72 3.3.3.3 FREIE PARAMETER 73 3.3.3.4 MAXIMIERUNG DER SAM 74 3.3.3.5
NUMERISCHE ERGEBNISSE 75 3.4 BERUECKSICHTIGUNG DER BEUGUNG 78 3.4.1
FRESNEL-HUYGENS BEUGUNGSINTEGRAL 78 3.4.2 BEUGUNGSVERLUSTE 79 3.4.3
BEDEUTUNG DER STABILITAETSGRENZEN 81 3.5 EINFLUSS DER
MATERIALEIGENSCHAFTEN UND RESONATORGEOMTRIE 82 4 OPTIMIERUNG EINES
Z-RESONATORS 85 4.1 ZIELSETZUNG 85 4.2 MODENANPASSUNG 85 4.2.1
LASERDIODEN ALS PUMPQUELLE 85 IX 4.2.2 MIKROLINSEN 85 4.2.3
ZWISCHENFALTUNG 86 4.3 MECHANISCHER UND ELEKTRISCHER AUFBAU 87 4.3.1
UMGEBUNGSEINFLUESSE 87 4.3.2 STEIFIGKEIT 88 4.3.3 LANGZEITSTABILITAET 89
4.3.4 ELEKTRIK 90 4.4 SPIEGEL MIT KLEINEN REFLEXIONSVERLUSTEN 91 4.5
DISPERSION 91 4.5.1 ALLGEMEINES 91 4.5.2 PRISMEN 92 4.5.3 GTI-SPIEGEL 93
4.5.4 PRISMEN UND GTI-SPIEGEL 93 4.5.5 GECHIRPTE SPIEGEL 94 4.6 EINFLUSS
DER RESONATORGEOMETRIE 100 4.6.1 ABSTAND DER FALTUNGSSPIEGEL 100 4.6.2
ASYMMETRIE DES LASERKRISTALLS 104 4.6.3 Q-SWITCHING INSTABILITAETEN 107
4.6.4 ASYMMETRIE DER ARMLAENGEN 108 4.6.5 GEKRUEMMTER AUSKOPPELSPIEGEL 109
4.6.6 RESONATORLAENGE 110 4.6.7 SCHLUSSFOLGERUNGEN 110 4.7 PUMPLEISTUNG
UND AUSKOPPELGRAD 110 4.7.1 LASEREFFIZIENZ 110 4.7.2 EINFLUSS AUF KLM 112
4.8 LASERKRISTALLE 112 4.8.1 MODENKOPPLUNG 112 4.8.2 THERMAL QUENCHING
114 4.8.3 BESTAENDIGKEIT UND QUALITAET 115 4.9 ZUSAMMENFASSUNG 115 4.10
ERREICHTE WERTE 117 5 APPLIKATIONSBEISPIELE 120 5.1 FREQUENZMETROLOGIE
120 5.2 REFLEXIONSMESSUNGEN AN INGAAS / INALAS SCHICHTSYSTEMEN 122 5.3
KONFOKALE 2-PHOTONEN FLUORESZENZ MIKROSKOPIE 122 5.4 BOHREN MIT EINEM
FS-OSZILLATOR 124 5.5 REGENERATIVER VERSTAERKER 124 6 ZUSAMMENFASSUNG 127
ABKUERZUNGEN 129 FORMELZEICHEN 130 ANHANG 135 AL ANWENDUNG VON
FS-LASERSTRAHLUNG 135 X INHALT A2 MEILENSTEINE BEI DER ENTWICKLUNG VON
FS-LASERN 138 A3 REDUZIERTE WELLENGLEICHUNG IN MATERIE 139 A4 ANDERE
BREITBANDIGE LASERMEDIEN 141 A5 PRISMENKOMPRESSOR 143 A6 MESSUNG DER
EIGENSCHAFTEN VON FS-PULSEN 145 A7 ABERRATIONSFREIE NAEHERUNG 147 A 7.1
FORMALISMUS 147 A 7.2 NUMERIK 150 A 7.3 ERWEITERUNG DER
ZEITUNABHAENGIGEN, ABERRATIONSFREIEN NAEHERUNG 153 A 7.4 ASTIGMATISMUS
KORREKTUR 155 A 7.5 GUOY-PHASENVERSCHIEBUNG 157 A 7.6 MODENANPASSUNG 158
A 7.7 KLM RING-RESONATOR MIT TI:SAPHIR 159 A8 AUSGEZEICHNETE ORTE IM
JA-DIAGRAMM 160 A 8.1 LINEARER RESONATOR 160 A 8.2 RING-RESONATOR 161 A9
SAETTIGBARER ABSORBER 163 A10 X-RESONATOR MIT VERSTAERKUNGSMEDIUM AM
RESONATORENDE 165 A 10.1 ZIELSETZUNG 165 A 10.2 NICHTLINEARITAET UND
MODENANPASSUNG 165 A 10.3 BERECHNUNG DES RESONATORS 167 A 10.4
EXPERIMENTELLE OPTIMIERUNG 167 A 10.4.1 MAXIMALE NICHTLINEARITAET 167 A
10.4.2 REDUZIERUNG DER ASYMMETRIE UND TOD 170 A 10.4.3 REDUZIERUNG DER
NICHTLINEARITAET UND TOD 171 A 10.5 SELBSTSTARTEN 172 A 10.6 EINFLUSS DER
GDD 173 A 10.7 EINFLUSS DES AUSKOPPELGRADES 174 A 10.8
DISPERSIONSKOMPENSATION DURCH GTI-SPIEGEL 176 A 10.9 ZUSAMMENFASSUNG 177
ALL FRESNEL-KIRCHHOFF BEUGUNGSINTEGRAL 178 A 11.1 ENTWICKLUNG DES
FRESNEL-KIRCHHOFF BEUGUNGSINTEGRALS 178 A 11.2 NUMERIK 183
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