Gütegeschalteter Mikrochiplaser

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Motivation

Dioden-gepumpte und passiv gütegeschaltete Mikrochip-Laser, basierend auf verschiedenen Laserkristallen und sättigbaren Halbleiterspiegeln, werden als Absorber (SESAM) zur Erzeugung kurzer und ultrakurzer Laserpulse verwandt.

Der große Nachteil passiv gütegeschalteter Laser ist ein starker Zeitjitter, welcher
aus der Resonatordynamik, Umgebungsinstabilitäten und dem statistischen Charakter der spontanen Emission im Verstärkungsmedium entsteht.

Die monolithisch geklebten, passiv gütegeschalteten Mikrochiplaser des Fraunhofer IOF basieren auf Nd3+:YVO4 und SESAM. Sie erzeugen Pulsdauern kleiner 200 ps mit Pulsenergien größer 150 nJ bei Pulswiederholraten im Bereich von 100 kHz bis wenigen MHz. Diese guten Ausgangsparameter werden durch den relativ starken Zeitjitter, in der Regel 1 % bezogen auf die Impulsfolgeperiode, entwertet.

 

Lösung

Zur Jitter-Reduktion wird eine einfache und kostengünstige Methode basierend auf einer Eigen-Rückkopplung entwickelt. Unter Verwendung einer optischen Faser als Verzögerungsstrecke wird ein kleiner Betrag der Photonen dem vorherigen Laserimpuls entnommen und dem Laser kurz vor der Initialisierung des darauffolgenden Impulses zugeführt. Dadurch wird die statistische Initialisierung der optischen Pulse im Laserresonator durch einen deterministischen Prozess ersetzt und somit der zeitliche Jitter verringert.

Die Umsetzung dieses Prinzips reduziert den Zeitjitter in einem Mikrochip-Laser um einen Faktor von mehr als zwei Größenordnungen.

 

Anwendung

Die Mikrochip-Laser sind wegen ihrer Einfachheit für ein breites Anwendungsspektrum wie z. B. Frequenzvervielfachung,  Mikromaterialbearbeitung und LIDAR geeignet.