Gewinngeschaltete Ti:Saphir-Laser mit ultrabreitem Abstimmbereich

Im Bereich der Festkörperlaser stellt Ti:Saphir ein bevorzugtes Materialsystem für abstimmbare Quellen im nahen Infrarot dar. Getrieben durch die kontinuierlich wachsende Ausgangsleistung kommerziell verfügbarer Pumplaser und eine ständige Verbesserung der eingesetzten Optiken hat die Leistungsfähigkeit abstimmbarer Ti:Saphir-Laser seit Beginn dieses Jahrtausends einen deutlichen Entwicklungsschub erfahren. Die technische Entwicklung gewinngeschalteter Ti:Saphir-Laser ist im Vergleich zu modengekoppelten Systemen jedoch weit weniger vorangeschritten. In der hier vorgestellten Arbeit werden die Ursachen dieses Defizits analysiert und es wird eine systematische Weiterentwicklung gewinngeschalteter Ti:Saphir-Laser untersucht. Zu diesem Zweck wird eine detaillierte Analyse solcher Laser vorgenommen, in der für alle funktionsrelevanten Systemelemente und ihre Anordnung im Laserresonator belastbare Auswahl- und Gestaltungsregeln aus grundlegenden Wirkzusammenhängen abgeleitet und experimentell überprüft werden. Im Zusammenwirken von Theorie und Experiment werden sowohl die fundamentalen Begrenzungen der untersuchten Laserklasse als auch die Limitierungen der technischen Umsetzung auf Basis heutiger Komponenten aufgezeigt, voneinander unterschieden und quantifiziert. Auf der Grundlage der so gewonnenen Erkenntnisse kann die über den Abstimmbereich integrierte Ausgangsleistung bei gewinngeschalteten Ti:Saphir-Lasern gegenüber dem Stand der Technik um mehr als das Doppelte gesteigert werden. Es wird ein Laser demonstriert, der ohne den Austausch von Resonatoroptiken einen Abstimmbereich von mehr als 400 nm erreicht. Dabei wird im Grundmodebetrieb bei einer Repetitionsrate von 1 kHz und einer Laserwellenlänge von 790 nm eine Ausgangsleistung von 4,3 W, eine Pulsdauer von 8 ns und eine spektrale Linienbreite von 12 GHz erreicht. Verglichen mit modengekoppelten Oszillatoren steht bei vergleichbaren Werten von Ausgangsleistung und Abstimmbereich eine um drei Zehnerpotenzen größere spektrale Brillanz im Puls zur Verfügung