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Ultrakurze Lichtimpulse - Fakultät 06 - Hochschule München

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ursprünglichen Pulses

ursprünglichen Pulses rekonstruiert werden. Für eine verlässliche Aussage über die Pulsdauer sollte der zu vermessende Puls eine einfache Standardgeometrie aufweisen, welche als bekannt vorauszusetzen ist. Ein weiterer Nachteil ist, dass das Verfahren im Bereich von unter 20 fs an sein Limit stößt. Nichtsdestotrotz ist dieses Verfahren weit verbreitet, da es ein schnelles Ergebnis über die Pulsdauer liefert und so im täglichen Laboralltag für viele Justier- und Kontrollanalysen ausreichend ist. Abbildung 3: [2] a) Messignal eines fourierlimitierten Pulses durch Intensitätsautokorralation. b) Ebenfalls das Signal einer Intensitätsautokorrelation. Diesmal jedoch mit Chirp, der sich, wie aus der Abbildung ersichtlich, aus dem Graphen nicht erschließt. Nur eine Abweichung von der fourierlimitierten Pulsdauer lässt auf dessen Vorhandensein schließen. Interferometrische Autokorrelation Werden die beiden Teilstrahlen nach dem Strahlteiler wieder kollinear überlagert, entspricht die Anordnung einer interferometrischen Autokorrelation. Anders als in der Intensitätsautokorrelation, werden hier die Fundamentalwellen nicht von der zweiten Harmonischen getrennt, weshalb im Falle eines nichtidealen Filters vor dem Detektor auch immer ein Untergrund mit gemessen wird. Neben dem Korrelationssignal treten auch Interferenzerscheinungen auf, welche das Signal modulieren. Aus dieser Modulation der Einhüllenden lässt sich neben der Amplitude auch eine Phaseninformation ableiten. Dies beinhaltet eine qualitative Aussage über das Vorhandensein einer Phasenmodulation. Wie in Abbildung A12 dargestellt, zeigt sich das durch eine Aufspaltung der oberen sowie unteren Einhüllenden in Bezug auf den Untergrund. Ein linearer Chirp lässt sich sogar quantitativ über die Höhe der beginnenden Interferenzerscheinungen relativ zum Signalmaximum bestimmen. Mathematisch beschreibt sich das Autokorrelationssignal folgendermaßen: 2 2 G ( ) E ( t ) E ( t) dt (68) 2 0 0 Hierbei steht für eine Mittelung über das schnell oszillierende elektrische Feld, während das Integral über die Einhüllende integriert. Seite | 31

Vorteil dieser Methode ist, dass neben einer zusätzlichen Phaseninformation noch kürzere Pulse aufgelöst werden können als mit der Intensitätsautokorrelation. Jedoch ist auch diese Autokorrelation, wie eine jede, symmetrisch und bietet damit nur begrenzt Aufschluss über die exakte Pulsform. Für noch genauere Analysemethoden sei auf das FROG oder SPIDER Verfahren verwiesen. Abbildung A12: [2] a) Interferometrische Autokorrelation eines fourierlimitierten Pulses. Zu sehen sind sowohl die obere, wie die untere Einhüllenden, welche ein moduliertes Trägersignal beinhaltet. b) Durch Vorhandensein eines Chirps, verändert sich die die Lage der Modulation gegenüber dem Untergrund. Ebenso wird die untere wie die obere Einhüllende durch Vorhandensein eines linearen Chirps beeinflusst. Pulsformung Auf die zeitliche Form des Pulses kann mittels bestimmter Arrangements Einfluss genommen werden. Pulse können gestreckt oder kompressiert werden. Physikalischer Hintergrund ist, dass beim Kompressieren ein vorhandener Chirp ganz oder teilweise vermindert wird, beim Strecken erfolgt das entsprechende Gegenteil. Dies geht jedoch nie über das durch das Zeit-Bandbreite- Produkt vorgegebene Minimum hinaus. Ein fourierbegrenzter Puls wird beim Durchlaufen einer solchen Anordnung immer verlängert. Deswegen ist die historisch bedingte Bezeichnung von Kompressoren und Strechern missverständlich, richtiger wäre für Kompressoren „Induzierung negativer Dispersion“ und entsprechend „Induzierung positiver Dispersion“ für letztere. Anwendung finden diese Systeme hauptsächlich innerhalb des Resonators, um stabile kurze Pulse zu erzeugen, der natürlichen Dispersion von Fasern in der Datenübermittlung entgegenzuwirken, sowie in der Chirped Pulse Amplification (CPA). Bei letzterem handelt es sich um ein Verstärkerelement für ultrakurze Pulse. Damit das aktive Medium jedoch bei den dabei auftretenden sehr hohen Intensitäten nicht zerstört wird, muss der Puls zeitlich gestreckt, dann verstärkt und anschließend wieder zurückkomprimiert werden. Seite | 32

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