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3.2 Strahlerzeugung und Pulsformung
3.2. Strahlerzeugung und Pulsformung
Die optische Strahlung wird durch einen durchstimmbaren Dauerstrich-
Farbstofflaser (SIRAH Matisse DX, Farbstoff: Rhodamin 6G) bereitgestellt, welcher
von einem diodengepumpten Festkörperlaser (Coherent Verdi V10) gepumpt
wird. Bei einer Pumpleistung von ca. 7 W wird bei λ = 605, 98 nm eine Ausgangsleistung
von ca. 1 W erreicht. Frequenzfluktuationen werden mittels einer
integrierten Stabilisierung auf einen Referenzresonator nach dem Pound-Drever-
Hall-Verfahren minimiert [116]. Die spezifizierte Frequenzbandbreite auf einer
Zeitskala von 100 ms beträgt ∆ν F lukt. ≃ 100 kHz. Die Strahlung wird durch eine
Einmodenglasfaser zum optischen Aufbau geleitet. Bei Ein- und Auskopplung sowie
durch Streuung innerhalb der Faser treten Verluste auf, so dass am Experiment
Leistungen im Bereich von 400 bis 600 mW zur Verfügung stehen.
Die ausgekoppelte Strahlung wird durch Strahlteiler in vier Strahlwege aufgespalten.
Jeweils 5 % der Gesamtleistung entfallen auf die Strahlwege Nachweis 1
und Nachweis 2, welche unter anderem zur Absorptionsspektroskopie verwendet
werden. Die restlichen 90 % können durch eine Kombination von Polarisationsstrahlteilerwürfel
und Verzögerungsplatten variabel auf die Strahlwege Kontroll 1
und Kontroll 2 aufgeteilt werden.
Um aus der kontinuierlichen Strahlung die benötigten Laserpulse zu generieren,
durchlaufen alle Strahlen akusto-optische Modulatoren (AOM). Die hier
genutzten AOM (Brimrose BRI-VFF-80-50-V-B1-F1) besitzen eine Zentralfrequenz
von 80 MHz und erlauben eine Frequenzvariation um ±25 MHz. Die Hochfrequenzsignale
für die AOM werden von HF-Treibern generiert, welche auf dem Prinzip
der direkten digitalen Synthese (DDS) basieren. Hierdurch kann eine hohe Auflösung
(≃ 1 Hz) und Stabilität (< ±2 ppm/ ◦ C) der erzeugten HF-Welle erreicht werden.
Die AOM im Strahlengang Nachweis 1, Nachweis 2 und Kontroll 2 werden mit
DDS-Treibern der Firma Crystal Technology (AODS 20160-1) betrieben. Die Frequenzinformation
wird hier digital übergeben, die Amplitude der HF-Welle wird
durch Pulsgeneratoren (Agilent 33220A) analog gesteuert. Aufgrund der langsamen
Datentransferrate werden diese Treiber vorwiegend für einfache Pulsverläufe
konstanter Frequenz eingesetzt.
Eine Sonderstellung nimmt der DDS-Treiber für den AOM im Strahlengang Kontroll
1 ein. Da die Pulsverläufe in diesem Strahlengang wesentlich komplexer sind
und in kurzen Zeitabständen geändert werden müssen (s. Kap. 7.2), kommt ein
DDS-Treiber der Firma AA Opto-Electronic (DDSPA-B8b23b-0) zum Einsatz. Dieser
wird mit einer Taktrate von bis zu 10 MHz über 32 TTL-Kanäle einer Wandlerkarte
(NI-PCIe-6535) ausschließlich digital angesteuert und erlaubt schnelle Variationen
von Frequenz und Amplitude [117].
Die AOM werden in Doppel-Pass-Konfiguration [118] betrieben. Hierbei wird
die erste Beugungsordnung mittels einer Iris-Blende selektiert und durch einen Retroreflektor
zurückgeworfen. Der Strahl wird erneut im AOM gebeugt und verläuft
anschließend antikollinear zur anfänglichen Ausbreitungsrichtung. Der zweifach
gebeugte Strahl wird durch eine Kombination von λ/4-Platte und Strahlteilerwürfel
separiert. Dieser Aufbau ermöglicht eine Verdopplung des Verstimmbereichs
auf 160 ± 50 MHz, sowie eine räumlich stabile Lage des Ausgangsstrahls.
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