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130 KAPITEL 4. FLUORESZENZSPEKTROSKOPIE
der gleich der Umlaufzeit dieser Pulse im Resonator ist. Typische Resonatorlängen von ca. 1 m
führen zu Pulsfolgefrequenzen von ca. 100 MHz. Die Pulsbreite wird über die Anzahl beteiligter
Moden durch die Spektralbreite δν bestimmt
∆T =
1
(2m + 1)2πf
= 1
N2πf
= 1
δν
Die Spitzenleistung der Pulse, die für t = q(2d/c) erreicht wird, ist proportional zu N 2 !
(4.55)
Zum Beispiel ein Farbstofflaser bei 600 nm mit ∆λ ∼ 30 nm ermöglicht theoretisch Pulslängen
von nur 30 fs (∆T = 1/δν = 600 nm/c · 600 nm/30 nm). Praktisch werden 10-50 ps erreicht
(dies entspricht der Lichtlaufzeit durch den aktiven Teil des Modulators).
4.7.3 Passive Modenkopplung
Die passive Modenkopplung ist eine besonders einfache Methode mit der Pulsbreiten unter 1 ps
erreicht werden. Statt des aktiven Modulators wird ein sättigbarer Absorber in den Resonator
eingebracht (z.B. kurz vor dem Endspiegel). Um trotz des Absorbers die Laserschwelle zu
erreichen, muß die Verstärkung im Lasermedium sehr hoch sein. Kurz bevor die Pumpleistung
den Schwellwert erreicht, besteht die Emission aus spontan emittierten, induziert verstärkten
Photonenlawinen, deren Spitzenleistung statistisch schwankt. Da der sättigbare Absorber von
jeder Lawine den gleichen ’ Offset‘ absorbiert, hat die intensivste Lawine relativ die geringsten
Verluste und erfährt die größte Nettoverstärkung. Nach wenigen Umläufen ist dieser Puls so
stark gewoden, daß er den überwiegenden Anteil der gesamten Laseremission ausmacht. Dies
führt zu einer Folge von intensiven Pulsen mit Abstand
T = 2d
c
, (4.56)
die so lange andauert, wie die Pumpleistung oberhalb der Schwelle bleibt. Ein kurzer (zeitlicher)
Puls kann aber, wie oben gezeigt, durch eine Überlagerung von Wellen verschiedener
Frequenz erzeugt werden, oder wie das Fouriertheorem besagt, jede beliebige Funktion (in
der Zeit) kann durch Addition von Sinusfunktionen verschiedener Frequenz und Amplitude
erzeugt werden. Die Verteilungsfunktion der Frequenzen ist gerade die Fouriertransformierte
der zeitlichen Funktion. Im Fall kurzer Pulse des Lasers ergibt die Fourierzerlegung das
Modenspektrum des Lasers. Die direkte Erzeugung eines einzelnen Pulses im Bild der Photonenlawinen
ist also äquivalent der phasenstarren Kopplung vieler Lasermoden.
Von praktischer Relevanz ist, daß der sättigbare Absorber eine sehr kurze Relaxationszeit besitzt,
da ansonsten die Gefahr besteht, daß er nach einem starken Puls zu lange transparent
bleibt und einen nachfolgenden schwachen Puls ebenfalls durchläßt. Geeignete Absorber sind