Technische Optik in der Praxis

264 10 Neue Laser
wird das Prinzip der Chirped Pulse Amplification (CPA) angewendet [20], bei
dem die Pulse vor der Verstärkung zeitlich gestreckt und anschließend wieder
auf ihre ursprüngliche Dauer komprimiert werden, um die Pulsspitzenleistung
im inneren des Faserverstärkers klein zu halten. Mit solchen Faser CPA Systemen
lassen sich bei hohen Repetitionsraten mittlere Leistungen um 100 W
und Pulsdauern um 80 fs erreichen.
10.3 Upconversion Faserlaser
Die hohe Intensität und große Wechselwirkungslänge zwischen Licht und
Lasermaterial im aktiven Kern von Faserlasern erlaubt das Ausnutzen der
Excited-State-Absorption zur einfachen und effizienten Erzeugung sichtbarer
Laserstrahlung. Dieser Effekt tritt zwar auch in konventionellen
Festkörperlasern auf, hat dort aber nur eine geringe Effizienz.
Im Upconversion Faserlaser kann ein aktives Ion bei geeigneter Dotierung
und Wirtsglas ein Pumplichtphoton mit der Energie ¯hω1 absorbieren
und wird in den Zustand 〈3〉 angeregt (Abb. 10.5). Nach einer Relaxation
gelangt das Ion in den metastabilen Zustand 〈2〉 mit der Lebensdauer
τ2. Wird ein zweites Photon ¯hω2 aus dem angeregten Zustand 〈2〉 absorbiert,
wird der hochangeregte Zustand 〈5〉 besetzt. Nach einer Relaxation
in den metastabilen Zustand 〈4〉 kann Upconversion-Fluoreszenz ¯hω3 auftreten,
deren Wellenlänge kürzer als die der Anregung ist. Voraussetzung
für einen effektiven Upconversionprozess ist eine lange Lebensdauer des Zwischenniveaus
〈2〉 und ein hinreichend großer Photonenfluss. Letzter ergibt
sich aus großer Pumpleistung und kleinem Faserkerndurchmesser von typisch
3–5 µm. Die Lebensdauer des Zwischenniveaus hängt von der Phononenenergie
des Wirtsmaterial ab. Besonders geeignet als Wirtsgläser sind Schwermetallfluoridgläser,
wie z. B. ZBLAN (Zirkonium, Barium, Lanthan, Aluminium,
Natrium-Fluorid) deren Phononenenergie mit 600 cm −1 nur etwa halb
so groß sind, wie die von Quarzglas [21].
Upconversion Prozesse sind von besonderem Interesse, wenn die Anregungswellenlänge
mit der Emissionswellenlänge von Laserdioden überein-
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Abb. 10.5. Upconversion Prozess. Zwei langwellige
Photonen werden nacheinander am aktiven
Ion absorbiert und bringen es in einen
hochangeregten Zustand. Die Wellenlänge der
erzeugten Fluoreszenz bzw. Laserstrahlung ist
dadurch kürzer als die Anregungswellenlänge