Medizinische Physik 3: Medizinische Laserphysik [2004]

5 Nichtlineare Optik und kurze Laserpulse 101
fort bis nur noch der Mode, welche beim Gewinnmaximum liegt, keinen Nettogewinn
oder Verlust pro Umlauf erfährt. Die benachbarten Moden erleiden
dann einen Nettoverlust pro Umlauf und können daher im stationären Betrieb
nicht mehr schwingen. Der Laser arbeitet dann im Einmodenbetrieb und
gibt kontinuierliches Laserlicht ab. Aufgrund anderer Effekte, wie z.B. inhomogen
verbreiterte Verstärkerlinien, können auch einige benachbarte Moden
im stationären Betrieb oszillieren.
Zur Erzeugung kurzer Laserpulse gibt es im Wesentlichen zwei Methoden:
die Güteschaltung und die Modenkopplung. Die Güteschaltung wurde zuerst
von Hellwarth [10] vorgeschlagen.
5.5 Güteschaltung
Das Verhalten des Lasers wird sehr viel komplexer, wenn wir in den Resonator
zeitlich veränderliche Verluste einbringen. Diese Verluste können durch ein
angelegtes Hochfrequenzsignal periodisch moduliert werden. Man spricht von
aktiver Modulation. Dies kann z.B. durch die im vorigen Abschnitt diskutierte
Pockel-Zelle oder durch einen akustooptischen Modulator (AOM) geschehen,
welcher einen Teil des Lichts pro Umlauf aus dem Resonator streut. Oder die
Verluste werden durch einen sättigbaren Absorber erzeugt, dessen Absorption
infolge des Lichtfeldes im Resonator selbst moduliert wird (s. Abb. 5.9a). Man
spricht dann von passiver Modulation.
5.5.1 Aktive Güteschaltung
Wir beschränken uns zunächst auf den Fall, dass nur ein axialer Mode des
Lasers unter der Verstärkungslinie ist und der Verlust zu Beginn sehr hoch
sei,d.h.dieGüte des Resonators ist sehr niedrig (Abb. 5.11). Infolge des
Pumpens des Verstärkermediums wird sich ein hoher Gewinn im Verstärkermedium
aufbauen, d.h. wir speichern Energie im Verstärkermedium. Nachdem
die Verstärkung einen bestimmten Wert überschritten hat, werden die
Verluste Gütegeschalteter
Gewinn
Puls
Abb. 5.11. Dynamik von Gewinn, Verlust und Lichtleistung bei aktiver Güteschaltung
Zeit