Abstracts Category : Other

High-power femtosecond laser-oscillators for applications in high-field physics

by Jonathan Brons

In dieser Doktorarbeit werden experimentelle Anstrengungen zur Entwicklung eines kompakten Laseroszillators fr Femtosekundenimpulse mit hoher Durchschnitts- und Spitzenleistung beschrieben. Dabei zielt dieser Laser auf neuartige Anwendung in der Spektroskopie und Hochfeldphysik ab, insbesondere dem Antreiben von ineffizienten Frequenzkonversionsprozessen wie der Erzeugung von mittlerer Infrarot- und extrem ultravioletter Strahlung. Die entwickelten Strahlquellen bestehen dabei aus einem kerrlinsenmodengekoppelten Hochleistungsscheibenlaser auf Basis von Yb:YAG mit mehreren MHz Wiederholrate und einer anschlieenden Impulskompressionsstufe ausmassiven Festkrpern.Es wird aufgezeigt, dass Kerrlinsenmodenkopplung sowohl durchschnitts-, als auch spitzenleistungsskalierbar ist und die derzeit einzige Methode zur Modenkopplung, die simultan die effiziente Ausbeute der gesamten Verstrkungsbandbreite des Verstrkungsmediums zulsst. Impulse mit mehr als 60 MW Spitzenleistung und hunderten Watt an Durchschnittsleistung knnen direkt am Oszillatorausgang erreicht werden mit Impulslngen bis hinab zu 140 fs.Der Hochleistungsoutput des Oszillators wurde in massiven Festkrpermaterialien spektral verbreitert, um die Durchfhrbarkeit eines effizienten, kompakten und robusten Impulskompressors auszuloten, der sich nicht auf justageempfindliche Fasern verlassen muss. Gesttzt durch frhere Arbeiten, sowie neue Experimente, als auch Simulationen konnte festgestellt werden, dass die Nachahmung eines nichtlinearen Quasiwellenleiters zu auerordentlich hoher Effizienz im Durchsatz fhren und dabei herausragende Komprimierbarkeit ber dem gesamten Strahl sicherstellen kann.Die Impulse mit 60 MW Spitzen- und 150 W Durchschnittsleistung aus einem der entwickelten Oszillatoren wurden in einem sehr kompakten Quasiwellenleiter spektral verbreitert und anschlieend mit gechirpten Spiegeln auf 30 fs komprimiert. Durch die hohe Transmission des gesamten Aufbaus von 95 % wurde die Spitzenleistung auf 230 MW hochgetrieben. Simulationen zeigen die Umsetzbarkeit eines Kompressors auf Basis dieser Wellenleiter mit Pulsdauern, die mit 10 fs bis in den Bereich weniger optischer Schwingungszyklen hineinreichen. Untersucht wurde ebenfalls ein anderer Ansatz zur spektralen Verbreiterung, der auf kaskadierten (2) Nichtlinearitten whrend der Erzeugung der zweiten Harmonischen in BBO mit fehlangepasster Phase beruht. Obgleich die Effizienz nicht vergleichbar mit der des Wellenleiteransatzes ist, machen ihn die faszinierende Mglichkeit zu defokussierenden Phasenschben und Selbstkompression im Kristall zu einem interessanten Ausgangspunkt fr sehr kompakte Impulskompressionsaufbauten. Das Zusammenspiel dieser Entwicklungen zeigt die Realisierbarkeit von unverstrkten, einfachen und kompakten Laserquellen auf, die komplexere und preisintensive Yb- oder Ti:Safir Verstrkersysteme ersetzen knnen. This thesis describes experimental work in the development of a compact, high average and peak-power femtosecond oscillator. This laser targets newAdvisors/Committee Members: Krausz, Ferenc (advisor).