Numerische Modellierung, experimenteller Aufbau und optische Charakterisierung eines spektral weit abstimmbaren, einfrequenten optisch parametrischen Generators mit Self-injection Seeding
In dieser Arbeit wird über den experimentellen Aufbau, die Untersuchung der optischen Eigenschaften und die numerische Modellierung eines spektral weit abstimmbaren, einfrequenten optisch parametrischen Generators (OPG) mit Self-Injection Seeding berichtet. Self-Injection Seeding ermöglicht die Erzeugung abstimmbarer, einfrequenter
Strahlung in Spektralbereichen, bei denen keine geeigneten Seedquellen zur Verfügung
stehen. Der Wellenlängenabstimmbereich ist dabei zusätzlich nicht durch die limitierte
Abstimmbandbreite herstellbarer Seedlaser beschränkt.
Der OPG besteht aus einem 55 mm langen, periodisch gepolten Kristall aus kongruentem LiNbO3 mit einer Domänenperiode von 29,5 µm. Die Pumpstrahlung wird
von einem einfrequenten Nd:YVO4-Oszillator-Verstärker-System erzeugt. Das System
emittiert nahezu Fourier-limitierte Impulse mit einer Impulsdauer von 11 ns bei einer
abstimmbaren Impulsrepetitionsrate um 10 kHz in einem nahezu beugungsbegrenzten Strahl (M²<1,2). Die mittlere Ausgangsleistung beträgt maximal 4 W. Zur Erzeugung der Seedstrahlung wird ein geringer Prozentsatz der Energie der erzeugten
OPG-Signalimpulse entlang einer 22 km langen Standard-Single-Mode-Faser (S-SMF)
verzögert und mit dem jeweils nachfolgenden Pumpimpuls räumlich und zeitlich überlagert. Die Wellenlänge und die spektrale Bandbreite der Seedstrahlung können mit
Hilfe eines Faser-Fabry-Pérot-Interferometers (FFPI) mit einer Finesse von 1800 und
einem freien Spektralbereich von 1375 GHz kontrolliert werden.
Zur zeitgenauen Superposition der Seedimpulse mit den jeweils nachfolgenden Pumpimpulsen war es notwendig, ein neues Konzept zur akustooptischen Güteschaltung hoher zeitlicher Präzision zu entwickeln. Im Gegensatz zu kommerziellen Systemen konnte dadurch die Zeit zwischen jeweils aufeinanderfolgenden Laser-Impulsen bei stufenlos abstimmbarer Impulsrepetitionsrate mit einer zeitlichen Genauigkeit von < +/-300 ps eingestellt werden.
Bei spektral breitbandiger Strahlungsrückkopplung wurde eine maximale OPG-Gesamtausgangsleistung von 1,5 W erzielt, entsprechend einer Signalleistung von
1,1 W (Signalwellenlänge: 1558 nm) und einer Idlerleistung von 0,4 W (Idlerwellenlänge: 3356 nm). Durch Änderung der Verzögerungszeit zwischen Pump- und Seedimpuls konnte die spektrale Bandbreite der OPG-Strahlung um einen Faktor 2 von 204 GHz auf 102 GHz reduziert werden. Bei einer OPG-Ausgangsleistung von
0,4 W (Pumpleistung: 1,75 W) betrug der Reduktionsfaktor 50 (von 215 GHz auf 4,3 GHz). Gleichzeitig führte spektral breitbandige Strahlungsrückkopplung zu einer Vergrößerung bzw. Erniedrigung der OPG-Strahldivergenz in Abhängigkeit der Verzögerungszeit.
Bei spektral gefilterter Strahlungsrückkopplung betrug die maximale OPG-Gesamtausgangsleistung 1,43 W, entsprechend einer Signalleistung von 1,04 W bei 1562 nm und einer Idlerleistung von 0,39 W bei 3337 nm. Durch Abstimmung der Seedwellenlänge bei einer konstanten Zentralwellenlänge des parametrischen Verstärkungsspektrums bei 1562 nm konnte ein Abstimmbereich einfrequenter Strahlung von 430 GHz realisiert werden. Die Rauschunterdrückung betrug größer
30 dB. Innerhalb des Durchstimmbereiches variierten die OPG-Signalbandbreite und die OPG-Ausgangsleistung innerhalb eines Bereiches von 220-390 MHz bzw. 1,36-1,43 W. Die minimal erforderliche Seedleistung lag innerhalb eines Intervalls von 11-98 pW. Bei Wellenlängenverstimmung von großen zu kleinen Signalwellenlängen nahm die Beugungsmaßzahl senkrecht und parallel zur Polarisation von 6,7 auf 6,4 bzw. von 4,0 auf 3,6 ab. Dieses Verhalten konnte durch das Auftreten nichtkollinearer Quasi-Phasenanpassung erklärt werden.
Durch simultane Abstimmung der Transmissionswellenlänge des FFPI und der Zentralwellenlänge der parametrischen Verstärkung wurde ein Abstimmbereich von 1545-1605 nm auf der Signalwelle bzw. 3157-3418 nm auf der Idlerwelle realisiert. Die
minimal erforderliche Seedleistung variierte in einem Bereich von 10-700 pW. Die
OPG-Signalbandbreite betrug 195-230 MHz. Die OPG-Gesamtausgangsleistung nahm
Werte zwischen 1,33 W und 1,43 W an. Die minimale Schrittweite der Abstimmung
entsprach der Fußpunktsbreite des geseedeten OPG-Spektrums (ca. 550-650 MHz).
Zum qualitativen Vergleich der experimentellen Ergebnisse mit theoretischen Vorhersagen wurde ein numerisches Modell eines ns-OPG mit spektral breitbandiger und spektral gefilterter Strahlungsrückkopplung entwickelt. Mit Hilfe der Simulationsrechnungen konnte der experimentell beobachtete Einfluss des Self-Injection Seeding auf die spektralen und zeitlichen OPG-Eigenschaften sowie auf die OPG-Ausgangsleistung theoretisch verstanden werden.
Im Rahmen dieser Arbeit wurde erstmals ein spektral weit abstimmbarer, einfrequenter
ns-OPG mit Self-Injection Seeding durch Faser-Rückkopplung realisiert. Die maximale
Abstimmbandbreite sowie die minimale spektrale Linienbreite der OPG-Strahlung waren lediglich durch die Domänenperiode des zur Quasi-Phasenanpassung verwendeten
Kristalls bzw. das spektrale Auflösungsvermögen des FFPI beschränkt. Die experimentellen Untersuchungen dienen als Machbarkeitsstudie und lassen sich auf andere Wellenlängenbereiche übertragen. Eine numerische Beschreibung eines spektral breitbandigen ns-OPG sowie eine Simulation des Einflusses von Injection Seeding auf die OPG-Eigenschaften waren ebenfalls bisher in der Literatur nicht zu finden.
Marco Rahm, 1974 geboren in Kaiserslautern, 1994 Abitur in Kusel, 1995-2001 Studium der Physik an der Universität Kaiserslautern, 2001 Diplom, 2002-2005 Stipendium der Deutschen Forschungsgemeinschaft, 2006 Promotion an der Technischen Universität Kaiserslautern
Kaufen Sie hier:
Horizontale Tabs
Weitere E-Books zum Thema: Physik - Biophysik - Bionik
Dieses Übungsbuch ist aus langjähriger Lehrtätigkeit entstanden. Über 85 Aufgaben und Beispiele zur Thermodynamik sollen Ingenieurstudenten praxisnah die Grundlagen der im…
Dieses Übungsbuch ist aus langjähriger Lehrtätigkeit entstanden. Über 85 Aufgaben und Beispiele zur Thermodynamik sollen Ingenieurstudenten praxisnah die Grundlagen der im…
Lärm gehört zu den gravierendsten Umweltbelastungen. Vermeidung von Lärm und Lärmschutz gehören deshalb zu den wichtigsten Aufgaben bei der Konstruktion von Maschinen, Land-, Luft- und…
Lärm gehört zu den gravierendsten Umweltbelastungen. Vermeidung von Lärm und Lärmschutz gehören deshalb zu den wichtigsten Aufgaben bei der Konstruktion von Maschinen, Land-, Luft- und…
Die Überarbeitung für die 10. deutschsprachige Auflage von Hermann Schlichtings Standardwerk wurde wiederum von Klaus Gersten geleitet, der schon die umfassende Neuformulierung der 9. Auflage…
Die Überarbeitung für die 10. deutschsprachige Auflage von Hermann Schlichtings Standardwerk wurde wiederum von Klaus Gersten geleitet, der schon die umfassende Neuformulierung der 9. Auflage…
Die Überarbeitung für die 10. deutschsprachige Auflage von Hermann Schlichtings Standardwerk wurde wiederum von Klaus Gersten geleitet, der schon die umfassende Neuformulierung der 9. Auflage…
Die Überarbeitung für die 10. deutschsprachige Auflage von Hermann Schlichtings Standardwerk wurde wiederum von Klaus Gersten geleitet, der schon die umfassende Neuformulierung der 9. Auflage…
Das Buch bietet einen komprimierten Überblick über die etablierten Strömungsmesstechniken einschließlich der neuen Entwicklungen auf dem Gebiet der bildgebenden Messverfahren. Im Vordergrund stehen…
Das Buch bietet einen komprimierten Überblick über die etablierten Strömungsmesstechniken einschließlich der neuen Entwicklungen auf dem Gebiet der bildgebenden Messverfahren. Im Vordergrund stehen…
Das artist window stellt Künstler bzw. deren Werke vor und gibt somit einen Einblick in die Ateliers und Werkstätten der Kunstschaffenden. Das besondere am artist window ist, dass die ...
Die Arneimittel Zeitung ist die Zeitung für Entscheider und Mitarbeiter in der Pharmabranche. Sie informiert branchenspezifisch über Gesundheits- und Arzneimittelpolitik, über Unternehmen und ...
Veröffentlichte Gebrauchsmustereintragungen beim Deutschen Patent- und Markenamt. Bibliographie, Hauptanspruch,wichtigste Zeichnung, Nebenklassenhinweise.
Checkpoint is a tax research system that ...
Informationsdienst für die Spielwarenbranche
Seit 1980 ist der „BRANCHENBRIEF INTERNATIONAL - Spielzeugbranche aktuell" der Informationsdienst der Spielwarenbranche, bekannt unter dem Kürzel ...
care konkret ist die Wochenzeitung für Entscheider in der Pflege. Ambulant wie stationär. Sie fasst topaktuelle Informationen und Hintergründe aus der Pflegebranche kompakt und kompetent für Sie ...
Berichte und Neuigkeiten aus den Arbeitsgebieten der Diakonie in Düsseldorf. Gibt es Gebrauchsanweisungen, die einen in die Welt des Glaubens einführen? Nun, natürlich nicht in der Art, wie es ...
Technische Fachzeitschrift aus der Praxis für die Praxis in allen Bereichen des Handwerks und der Industrie.
“der praktiker“ ist die Fachzeitschrift für alle Bereiche der fügetechnischen ...
Prüfungs- und Praxiswissen für Ihre Ausbildung.
Mehr Erfolg in der Ausbildung, sicher in alle Prüfungen gehen, im Beruf jeden Tag überzeugen: „Die Kaufleute für Büromanagement“ ist die ...
Vom Deutschen Patent- und Markenamt erteilte Patente. Bibliographie, Patentanspruch, wichtigste Zeichnung.
Thomson Reuters is the world’s leading source of intelligent information for businesses ...