Erzeugung intensiver hochpolarisierter Elektronenstrahlen mit hoher ...

1. Die Quelle spinpolarisierter Elektronen am MAMI-Beschleuniger
f rep =
c
(1.23)
2ln r
gegeben ist. Das Symbol c stehthierfür die Lichtgeschwindigkeit, n ist der mittlere
Brechungsindex des Resonators: n r ≈ 1für Titan-Saphir Laser oder n r ≈ 3.6 für Halbleiterlaser
ohne externen Resonator. Weiter ist l die Länge des Laserresonators, welche
für die kommerziellen Laser etwa 1 Meter beträgt. Somit ergeben sich Repetitionsraten
von 50-100 MHz, was für den MAMI-Standard-Betrieb ungeeignet ist. Allerdings ist
ein solcher Laser für Nischenanwendungen“ zum Einsatz gekommen (siehe Abschnitt
”
1.4.5).
Hoffmann [49] gelang die Miniaturisierung eines Titan-Saphir Laser-Resonators auf
das benötige Maß von l =6.12 cm. Dabei wurde der Pulsbetrieb erreicht, jedoch gelang
es nicht eine Phasensynchronisation der Pulse zur externen Referenz zu erzielen.
Als Konsequenz daraus wurde versucht Power-Oszillatoren auf die Modulation eines
leistungsschwachen Master-Oszillators“ festzulegen ( Injection-locking“), damit entsteht
der Master-Oszillator/Power-Oszillator“-Aufbau (MOPO). Mit einem solchen Ap-
”
” ”
parat, der auf zwei gekoppelten Halbleiterlasern beruhte, wurde erstmals ein H.f.-synchronisierter
Einschuss in MAMI demonstriert [50], kurze Zeit später gelang das gleiche Experiment
mit einem MOPO, dessen Leistungsoszillator auf Titan-Saphir beruhte [49].
Allerdings ließen beide Systeme Wünsche an die Langzeitstabilität, Bedienungsfreundlichkeit
und Ausgangsleistung offen.
Nun eröffnen Halbleiterstrukturen auch im c.w.-Betrieb eine hohe Verstärkung eines
optischen Eingangssignals bei nur einem einzigen Durchgang durch das verstärkende
Medium ( Single-Pass-Amplifier“). Daher besteht eine weitere Möglichkeit darin,
”
die Ausgangsleistung eines Master-Oszillators mit einem solchen Halbleiterelement zu
verstärken. Die Beschleunigeranwendung dieses Master-Oszillator-Power-Amplifier (MO-
PA) Prinzips für einen c.w.-Strahl wurde mit 0.5 GHz Repetitionsrate am CEBAF 13
demonstriert [51]. Unsere Gruppe versuchte daraufhin einen MOPA für die MAMI-
Frequenz von 2.449 GHz aufzubauen [52]. Dieses System ist seit 1998 erfolgreich in Betrieb
[53] und wurde seither weiterentwickelt. Der aktuelle Zustand soll im folgenden
näher beschrieben werden.
Hochfrequenzmodulation von Laserdioden
Das Kernstück aller erfolgreichen Anordnungen ist offensichtlich der Master-Oszillator.
In unserem Aufbau besteht dieser aus einem Halbleiterlaser (auch ”
Diodenlaser“ genannt).
Die wesentlichen Prinzipien, die den Laserbetrieb eines modernen Halbleiterlasers
ermöglichen, werden im Anhang A.4 dargestellt. Dort wird gezeigt, dass in Abhängigkeit
von der injizierten Ladungsträgerdichte ( ”
Carrier“-dichte, n C )eineVerstärkung der
Form
13 Der supraleitende CEBAF Beschleuniger arbeitet bei 1500 MHz, jedoch werden drei verschiedene,
mit 500 MHz repetierende Laser eingesetzt, die jeweils um 120 Grad phasenverschoben eingeschossen
werden. Der Einsatz dreier separater Laser erlaubt dort – zusammen mit einer geeigneten subharmonischen
Hochfrequenzenergiemodulation – den gleichzeitigen, unabhängigen Betrieb von drei
räumlich separierten Strahlen für drei verschiedene Experimente.
30