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Ultrakurze Lichtimpulse - Fakultät 06 - Hochschule München

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Es folgt eine Tabelle

Es folgt eine Tabelle mit unterschiedlichen Systemen, welche die Pulsform beeinflussen können. Gezeigt wird das jeweilige Vorzeichen der Dispersionsordnung. Prismenkompressor Optisches Material im VIS ' '' ''' + + + Prismenkompressor - - - Gitterkompressor - - + Tabelle A4: Dispersionsvorzeichen der verschiedenen Systeme in den verschiedenen Ordnungen. Es ist ersichtlich, dass sich durch geschicktes Kombinieren dieser Anordnungen mehrere Ordnungen kompensiert werden können. Eine etablierte Methode, Pulse per eingeleiteter GVD zeitlich zu verändert, verwendet Prismenpaare. Hierbei wird die zeitliche Dispersion, durch die wellenlängenabhängige Brechung von Licht, aus einer räumlichen Winkeldispersion erzielt. Aus Abbildung A13 geht der schematische Aufbau eines solchen Kompressors hervor. Abbildung A13: Prismenkompressor, entweder mit vier Prismen, welche keinen resultierenen Strahlversatz verursachen, oder mit einem Faltungsspiegel M, wodurch der Strahl in sich zurückfällt. Die Prismen sind allesamt auf den minimalen Ablenkwinkel sowie Brewsterwinkel geschnitten und justiert. Durch den wellenlängenabhängigen Brechungsindex kommt es zu einer spektral verschiedenen Laufzeit durch den Kompressor. Der Betrag hiervon kann per Translationsversatz von Prisma II und III eingestellt werden, von negativ, über null hin zu positiver Dispersion. Seite | 33

Der einfallende Strahl durchläuft dabei einen Abschnitt, bestehend aus vier gleichen Prismen. Für die Zentralwellenlänge des Laserpulses sind die Prismen dabei im Brewsterwinkel geschnitten, um Verluste minimal zu halten. Zudem ist dieser Winkel noch darauf hin angepasst, dass die Zentralwellenlänge die Prismen im minimalen Ablenkwinkel durchläuft. Ist dies der Fall, haben einfallender und ausfallender Strahl denselben relativen Winkel zur brechenden Prismenoberfläche. Dies gilt für den monochromatischen Fall bzw. für die Zentralwellenlänge. Da nun aber der Brechungsindex von der Wellenlänge abhängt und der Laserstrahl eine gewisse spektrale Breite besitzt, werden die einzelnen Frequenzen verschieden stark gebrochen. Es folgt nach Wiederaustritt des Pulses vom ersten Prisma eine räumliche Dispersion, also ein nach Spektren selektierte Divergenz. Der aufgespaltene Strahl trifft so auf das zweite Prisma. Dieses ist so orientiert, dass die beiden zueinander stehenden Stirnflächen der Prismen parallel zueinander sind. Für den Puls, welcher das zweite Prisma verlässt, gilt, dass aufgrund der Symmetrie der Prismen und deren Anordnung die spektralen Komponenten kollinear zueinander verlaufen, räumlich aber noch getrennt sind. Der gesamte optische Weg der einzelnen Frequenzen bestimmt dabei die erzielte GVD. Der Weg im Medium zwischen den beiden Prismen (in der Regel Luft) ist für die blauen Komponenten länger wegen der höheren Ablenkung durch die Brechung. Dafür müssen die roten Anteile jedoch mehr Wegstrecke im optisch dichteren Prismenmaterial zurücklegen. Durch eine geschickte Balance dieser beiden gegenläufigen Effekte, kann die gewünschte GVD eingestellt werden. Für eine sehr nützliche Justage der benötigten Dispersion, ohne Veränderung des Aufbaus und jederzeit während des Versuches durchführbar, wird das zweite Prisma auf eine Translationsstage montiert. Somit lässt sich die Menge an Materialdurchgang des Lichtes durch das Prisma einstellen und somit das Verhältnis von negativer Winkeldispersion und positiver Materialdispersion verändern. In der Regel soll solch eine Anordnung negative Dispersion einleiten. Tritt der Puls dabei durch die Spitzen der Prismen, ist die Materialdispersion zu vernachlässigen und das Maximum an negativ erreichbarer Dispersion ist erreicht. Wie die Skizze andeutet, kann nach dem zweiten Prisma entweder ein Faltungsspiegel platziert werden, welcher den Strahl durch die beiden ersten Prismen zurückschickt oder aber noch einmal eine äquivalente Prismenpaaranordnung, dessen Spiegelebene der mögliche Faltungsspiegel ist. Zweck des zweiten Paares ist es den räumlich aufgespaltenen Puls wieder kollinear zu überlagern. Der so überlagerte Puls erfährt durch den zweiten Durchgang durch das Prismenpaar noch einmal dieselbe Dispersion. Ob ein oder zwei Prismenpaare verwendet werden, hängt primär davon ab, wo und wie die Dispersionstrecke zum Einsatz kommt. Als Eingliederung für einen vorgegebenen oder bestehenden Strahlengang empfiehlt sich die Variante mit den vier Prismen, da der einfallende und der ausfallende Strahl kollinear und ohne Versatz zueinander verlaufen. Ein kompakterer Aufbau lässt sich mit der gefalteten Variante realisieren, dabei wird der Strahl jedoch in sich zurück reflektiert und muss mit einem Höhenversatz versehen werden. Seite | 34

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