Rauscheigenschaften von passiv modengekoppelten Ytterbium-Faserlasern

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• Publisher: Cuvillier Verlag
• Year: 2010
• eBook ISBN:
  9783736932364
• Print ISBN:
  9783869552361
• Edition: 1

Rauscharme Lasersysteme werden für zahlreiche Anwendungen wie unter anderemdie optische Frequenzmetrologie benötigt. Obwohl Faserlaser im Vergleichzu herkömmlich genutzten Ultrakurzpuls-Titan: Saphir-Lasern schlechtereRauscheigenschaften aufweisen, bieten sie dennoch entscheidende Vorteilewie die Justagefreiheit und geringe Kosten. Allerdings sind die Pulsenergiendurch die hohen auftretenden nichtlinearen Effekte limitiert. Durch die Nutzungvon "wave-breaking"-freien Pulsen in normal dispersiven Faserlasern istes allerdings möglich die Pulsenergien gegenüber herkömmlichen Faserlasersystemenum bis zu eine Größenordnung zu erhöhen. Bezüglich der Rauscheigenschaftenexistieren für dieses Pulsregime jedoch bisher keine detailliertenUntersuchungen.In dieser Arbeit wurde ein entsprechendes Lasersystem realisiert, und es konntedurch einen Vergleich eines analytischen Modells zur Berechnung der Quantenrauscheinflüssemit numerischen Simulationen geklärt werden, dass das analytischeModell die Quantenrauscheinflüsse um bis zu 14 dB unterschätzt. EineMessung des entsprechenden Phasenrauschens der Repetitionsrate zeigteeine optimale Übereinstimmung mit den Ergebnissen der numerischen Simulationen, wodurch gezeigt werden konnte, dass die Rauscheinflüsse nur durchQuantenfluktuationen dominiert waren.Zur vollständigen Charakterisierung der Rauscheigenschaften wurden zusätzlichdas Phasenrauschen einer optischen Linie und das Rauschen der Schlupffrequenz(CEO-Frequenz) untersucht. Diese beiden Parameter sind über dasGummiband-Modell eng miteinander verknüpft. Es konnte gezeigt werden, dass resultierend aus den dominierenden Quantenrauscheinflüssen das optischePhasenrauschen im Vergleich zu dem Rauschen der CEO-Frequenz deutlichniedriger war, und dass der Fixpunkt des Gummibandes innerhalb des optischenSpektrums lag. Entsprechend war die spektrale Rauschleistungsdichteder CEO-Phasenfluktuationen einen Faktor (?opt/fRep)2 (˜ 140 dB) größerals die der Phasenfluktuationen der Repetitionsrate, wodurch sich eine CEOFrequenz-Linienbreite von ca. 3MHz ergab.Insgesamt konnte erstmals experimentell und theoretisch gezeigt werden, dassFaserlaser aufgrund ihrer limitierten Pulsenergie, der großen Pulsdauer undder hohen resonatorinternen Verluste sehr starken Einflüssen von Quantenrauschenunterliegen, woraus sich ein erhöhter zeitlicher Jitter und hohe CEOFrequenz-Linienbreiten im MHz-Bereich ergeben können. Durch die gewonnenenErkenntnisse war es möglich, ein neues Konzept für die Realisierung einessehr rauscharmen Femtosekunden-Faserlasers zu formulieren.