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Main Title: Hochleistungs-Laser-Verstärker-Systeme mit Glasfasern als phasenkonjugierenden Spiegeln
Translated Title: High Power Laser-Amplifier-Systems with Optical Fibers as Phaseconjugate Mirrors
Author(s): Riesbeck, Thomas
Advisor(s): Eichler, Hans Joachim
Granting Institution: Technische Universität Berlin, Fakultät II - Mathematik und Naturwissenschaften
Type: Doctoral Thesis
Language: German
Language Code: de
Abstract: Die Strahlqualität von gepulst betriebenen Lasersystemen auch bei hohen Durchschnittsleistungen ist für viele Anwendungen in Forschung und Technik ein entscheidender Parameter. Zur Realisierung solcher Systeme nutzt man vielfach Oszillator-Verstärker (MOPA)-Aufbauten, bei denen ein beugungsbegrenzter Laserstrahl geringer Ausgangsleistung in nachgeschalteten Verstärkerstufen zu hohen Durchschnittsleistungen skaliert wird. Für eine effiziente Extraktion, der in den Verstärkern gespeicherten, optischen Energie ist ein Doppeldurchgang durch die Verstärker sinnvoll. Bei der Verwendung konventioneller Spiegel verschlechtert sich aufgrund thermischer Störungen bei starkem optischen Pumpen die Strahlqualität des verstärkten Laserstrahls erheblich. Verwendet man dagegen phasenkonjugierende Spiegel (PCM) statt konventioneller, können die beim ersten Durchgang aufgetretenen Störungen der Wellenfronten im zweiten Durchgang ausgeglichen werden. Die Strahlqualität des Oszillators bleibt somit weitgehend erhalten. Im Rahmen dieser Arbeit wurden phasenkonjugierende Spiegel auf der Basis von stimulierter Brillouin-Streuung (SBS) in Multi-Mode Glasfasern entwickelt und in Oszillator-Verstärker-Systeme implementiert. Damit konnten leistungsstarke Lasersysteme bei einer Wellenlänge von 1 µm mit hervorragender Strahlqualität realisiert werden. Als geeignet für die angestrebten Hochleistungs-Laser-Systeme erwiesen sich, anhand der durchgeführten Untersuchungen, Glasfasern mit einem Kerndurchmesser von 200 µm. Diese erlauben die Einkopplung stark aberrierter Strahlung wie sie nach dem ersten Verstärkerdurchgang auftritt. Ein Faser-Phasenkonjugator wurde zunächst an einem aktiv gütegeschalteten MOPA-System mit Nd:YAG als Lasermedium und zwei Verstärkerstäben in serieller Anordnung eingesetzt. Dieses System lieferte im Einzeldurchgang eine durchschnittliche Ausgangsleistung von 86 W bei einer Strahlqualität von M2 = 2,4. Durch Einsatz einer Glasfaser als PCM und den dadurch möglichen Doppeldurchgang durch die Verstärkerstäbe, konnte die Ausgangsleistung auf 124 W gesteigert und gleichzeitig die Strahlqualität auf M2 = 2,2 verbessert werden. Ein weiterer Vorteil des MOPA-Konzepts besteht in der Möglichkeit des modularen Aufbaus und damit einer Skalierbarkeit der durchschnittlichen Ausgangsleistung des Gesamtsystems über die Anzahl der Verstärkerkavitäten bei gegebener Oszillatorleistung. Mit einer parallelen Anordnung von je zwei Verstärkerkavitäten konnte eine durchschnittliche Ausgangsleistung von 315 W erzielt werden, wobei die Strahlqualität M2 < 2,6 betrug. Aufgrund der Eigenschaften des am PCM reflektierten Lichts erfolgt eine nahezu perfekte geometrische Überlagerung der beiden senkrecht zueinander polarisierten Teilstrahlen. Der gute räumliche Überlapp der Teilstrahlen ermöglicht darüber hinaus eine Kopplung mittels Frequenzkonversion Typ II. Damit erhält man einen linear polarisierten Laserstrahl hoher durchschnittlicher Ausgangsleistung im grünen Spektralbereich. Es konnte eine Ausgangsleistung von 124 W erzielt werden. Diese Methode der Strahlkopplung wurde, soweit bekannt, zum ersten Mal im Rahmen dieser Arbeit realisiert.
URI: urn:nbn:de:kobv:83-opus-9589
http://depositonce.tu-berlin.de/handle/11303/1355
http://dx.doi.org/10.14279/depositonce-1058
Exam Date: 3-May-2005
Issue Date: 26-May-2005
Date Available: 26-May-2005
DDC Class: 530 Physik
Subject(s): Festkörperlaser
Frequenzkonversion
Glasfasern
Hochleistungslaser
Phasenkonjugation
Stimulierte Brillouin-Streuung
Frequency Conversion
High Power Laser
Optical Fibers
Phaseconjugation
Solid-State Laser
Stimulated Brillouin-Scattering
Usage rights: Terms of German Copyright Law
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