Neuartige Konzepte für die Impulserzeugung basierend auf Yb:YAG Hochleistungsoszillatoren

In dieser Arbeit wurden Impulserzeugungsverfahren in einem keramischen Yb:YAG-Staboszillator untersucht. Quantendefekt und thermische Belastung wurden durch Anregung der zero-phonon-line bei 969 nm reduziert. Das Quasi-2-Niveau-System lieferte 50,5 W Ausgangsleistung (M2 < 1,2) und übertrifft damit vergleichbare Systeme um 50 %.

Kurze ns-Impulse hoher Energie von bis zu 10,8 mJ bei 2 kHz im schwierig zugänglichen Wiederholratenbereich von 1-5 kHz wurden in einem cavity-gedumpt güte-geschalteten Yb:YAG-Oszillator erzeugt. Um die Verstärkung zu erhöhen, die Fluenz zu reduzieren und stabilen Betrieb bei hoher Ausgangsleistung in eigentlich instabilen Bereichen zu erzielen, wurde die Verstärkungsdynamik untersucht und eine aktive Regelung der Besetzungsdichte im oberen Laserniveau realisiert.

Das Modenkopplungsverfahren mittels nichtlinearer Polarisationsrotation via phasenfehlangepasster SHG kann durch die Ergebnisse dieser Arbeit erstmals im fs-Bereich und für spektral breitbandige Verstärkungsmedien eingesetzt werden. Dazu wurden folgende Effekte untersucht: die spektrale Bandbreite des Verfahrens, Sättigungseffekte der nichtlinearen Phase, die zur Stabilisierung der selbststartenden Modenkopplung beitragen, der Einfluss der Gruppengeschwindigkeitsfehlanpassung auf die Impulsdauer und das intrinsische Dispersionsmanagement mit bzgl. Stärke und Vorzeichen einstellbarer Selbstphasenmodulation. Dadurch wurden besonders kurze Impulse von 193 fs erzeugt. Bei 250 fs wurden 20 W mittlere Leistung erreicht. Über 30 W konnten bei 1,77 ps erzielt werden. Die Impulsdauer war von 250 fs bis 1,8 ps variabel einstellbar.