Buch: Transversale Moden in optischen Resonatoren für Anwendungen hoher Laserintensität
Transversale Moden in optischen Resonatoren für Anwendungen hoher Laserintensität
2018, 244  S., 21 cm, Softcover
Apprimus Verlag
ISBN 978-3-86359-596-8

Inhalt
Mit der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, wie ein Verständnis von transversalen Moden in optischen Resonatoren, speziell einem Überhöhungsresonator und einer periodischen Anordnung oder Multipass-Zelle es erlaubt, neue Lösungsansätze zur Überwindung von Limitierungen zu finden und umzusetzen. Im Fall des Überhöhungsresonators wird gezeigt, wie die Kombination von gleichzeitig resonanten transversalen Moden in einem quasi-abbildenden Resonator genutzt werden kann, um eine geometrische Auskopplung von Resonator-intern erzeugten Harmonischen zu erreichen. Mit der einfachen Schlitzmode als Kombination der Gauß-Hermite-Moden GH[0,0] und GH[4,0] wurde eine Überhöhung der zirkulierenden Leistung gegenüber der einfallenden Leistung von 330 demonstriert. Mit der gleichen Mode wurden mit einer Überhöhung von 50 und einer zirkulierenden Leistung von 2,2 kW Resonator-intern Harmonische erzeugt und eine durch einen Schlitzspiegel ausgekoppelte Leistung von 11 μW für die 17. Harmonische mit 61 nm Wellenlänge erreicht, was einer Konversionseffizienz von 2,4E-7 bezogen auf die einfallende Leistung von 45 W entspricht. Die Auskoppeleffizienz der Harmonischen aus dem Resonator wird zu 30% abgeschätzt, was größer ist als Effizienzen für etablierte Auskoppelmethoden (Brewster-Platte, XUV-Gitter). Damit wird aufgezeigt, wie zusammen mit einem verbesserten räumlichen Überlapp durch Modenanpassung des einfallenden Strahls auf die zirkulierende Schlitzmode und einer Steigerung der einfallenden Leistung ausgekoppelte XUV-Leistungen im mW-Bereich möglich werden. Im Rahmen der Arbeit wurde ein neuartiges Schema zur nichtlinearen Pulskompression entwickelt, das einen Parameterbereich erschließt, der mit etablierten Konzepten, die auf spektraler Verbreiterung in einem Wellenleiter beruhen, nicht erreichbar ist. Die spektrale Verbreiterung mittels Selbstphasenmodulation in einer Multipass-Zelle (MPCSB) ermöglicht es, Pulse mit einer Pulsspitzenleistung größer als die kritische Leistung für Selbstfokussierung des nichtlinearen Mediums zu komprimieren. Im Gegensatz zur spektralen Verbreiterung im Einfachdurchgang durch ein nichtlineares Medium wird dabei eine über dem Strahlprofil homogene spektrale Verbreiterung sowie eine große Effizienz erreicht. Das Schema ist gleichzeitig geeignet für große mittlere Leistungen, nicht beugungsbegrenzte Strahlung und ist unempfindlich gegen Schwankungen der Strahllage. Die Multipass-Zelle ist so ausgelegt, dass sie den Einfluss der unvermeidbar mit der Selbstphasenmodulation einhergehenden Kerrlinse auf die transversale Mode des Strahls begrenzt und eine resonante Kopplung an höhere transversale Moden vermeidet. Demonstriert wurde die Kompression von 850 fs auf 170 fs mit einer komprimierten Pulsenergie von 37,5 μJ und mittleren Leistung von 375 W bei 10 MHz Repetitionsrate sowie die Kompression von 860 fs auf 115 fs mit einer Pulsenergie von 7,5 μJ und mittleren Leistung von 300 W bei 40 MHz Repetitionsrate. Die Effizienz der Kompression ist in beiden Fällen >90% und die nahe beugungsbegrenzte Strahlqualität ist erhalten. Diese erstmals erreichten Pulsparameter ermöglichen u.a. eine Skalierung der treibenden Leistung bei der Resonator-unterstützen Erzeugung hoher Harmonischer und stellen damit zusammen mit der geometrischen Auskopplung einen wichtigen Schritt zur Realisierung eines XUV-Frequenzkamms dar, der die Spektroskopie des 1s-2s Übergangs in He+ und damit einen Test der Quantenelektrodynamik erlauben wird.

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