Few-Cycle High-Repetition-Rate
Optical Parametric Ampliers
And Their Synchronisation Schemes
von Diplom-Ingenieur Catherine Yuriko Teisset
aus Osaka, Japan
von der Fakultät V - Verkehrs- und Maschinensysteme
der Technischen Universität Berlin
zur Erlangung des akademischen Grades
Doktor der Ingenieurwissenschaften
- Dr.-Ing. -
genehmigte Dissertation
Berlin 2009
D83
Promotionsausschuss
Vorsitzender: Prof. Dr.-Ing. Henning Meyer (TU Berlin)
1. Gutachter: Prof. Dr. rer. nat. Heinz Lehr (TU Berlin)
2. Gutachter: Dr.-Ing. Alexander Binder (Ingenieurbüro Dr. Binder)
Tag der Erönung des Promotionsverfahrens: 16.10.2009
Tag der wissenschaftlichen Aussprache: 22.12.2009
Susanna:
Sotto i pini... del boschetto...
La Contessa:
Ei già il resto capirà.
Susanna:
Certo, certo il capirà.
Canzonetta sull'aria, Le nozze di Figaro.
Wolfgang Amadeus Mozart
Zusammenfassung
Hochenergetische ultrakurze Lichtpulse mit wenigen optischen Zyklen und vollständig kontrol-
liertem elektromagnetischen Feld sind Voraussetzung für die Erforschung von feldstärkeempnd-
lichen elektronischen Prozessen auf subatomarer Ebene. Insbesondere optische, parametrische
Verstärker für gechirpte Pulse (OPCPA) haben sich als leistungsstarke Alternative zu herkömm-
lichen Titan:Saphir-Lasern erwiesen, um breitbandige Pulse mit wenigen optischen Zyklen und
gleichzeitig hoher mittlerer Leistung zu generieren. Die entscheidenden Vorteile von OPCPAs
sind neben der groÿen Verstärkungsbandbreite die geringe thermische Belastung der nichtlin-
earen Kristalle sowie die im Vergleich zu Lasermedien sehr hohe Verstärkung in einem Durch-
gang durch den Kristall.
Der Prozess der parametrischen Verstärkung in einem nichtlinearen optischen Kristall läuft
ohne Zwischenspeicherung der Pumpenergie ab und benötigt, um Skalierbarkeit und prak-
tische Anwendung einer OPCPA zu gewährleisten, hohe Anforderungen an die Synchronisa-
tion von Pump- und Seedpulsen. Parametrische Verstärker sind zur Zeit die einzige Methode,
mit der hochenergetische, kohärente Lichtpulse weniger optischer Zyklen im vielfachen Milli-
Joulebereich hergestellt werden können. Allerdings werden solche Systeme bisher nur im Bere-
ich von wenigen Hertz Wiederholraten betrieben, da geeignete hochrepetitive Pumplaser bisher
nicht existieren.
Diese Dissertation konzentriert sich auf die Entwicklung von robusten und leistungsstarken
optischen parametrischen Verstärkern mit hohen Wiederholraten für die Erzeugung von Pulsen
mit wenigen optischen Zyklen. Hierfür wurden im Rahmen dieser Arbeit zwei speziell für das
Pumpen von parametrischen Verstärkern zugeschnittene eziente Lasersysteme entwickelt mit
Wiederholraten von 10 kHz und 10 MHz und Pulsenergien von 1.6 mJ beziehungsweise 6
µ
J.
Zusätzlich werden die in dieser Arbeit entwickelten Synchronisationstechniken zwischen der
Femtosekundenseedquelle und den Pumplasern vorgestellt.
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