aktualisiertes pdf - DPG-Tagungen

Q 32.6 Do 14:00 Schellingstr. 3
Begrenzung der Absorptionsempfindlichkeit im Resonator eines
Faser-Lasers — •Sergej Wexler, Evgeny Ovchinnikov, Jörg
Hünkemeier, Peter E. Toschek, Klaus Sengstock und Valeri
Baev — Institut für Laser-Physik, Universität Hamburg, Luruper
Chaussee 149, 22761 Hamburg
Diodengepumpte Vielmoden-Faserlaser sind sehr wichtig für die Herstellung
von kompakten und empfindlichen Intracavity-Spektrometern
[1]. Die Empfindlichkeit gegen schmalbandige Absorption im Resonator
eines Faserlasers entspricht einer effektiven Absorptionsweglänge von bis
zu 100 km. Dabei ist eine der wichtigsten Empfindlichkeitsbegrenzungen
die räumliche Inhomogenität der Verstärkung wegen der Sättigung
der Inversion durch die stehenden Lichtwellen im Laserresonator. Die
Empfindlichkeit steigt mit der Anzahl der oszillierenden Moden, und sie
sinkt mit den Resonatorverlusten, mit der Pumprate und der Länge des
aktiven Mediums. Bei kleineren Pumpraten und höheren Resonatorverlusten
wird die Empfindlichkeit, insbesondere bei stärkeren Absorptionslinien,
zusätzlich durch Spontanemission begrenzt. Wir diskutieren Verbesserungsmöglichkeiten
und Anwendungen von Intracavity-Faserlaser-
Spektrometern.
[1] V.M.Baev, T.Latz, P.E.Toschek, Applied Physics B 69, 171-202
(1999).
Q 32.7 Do 14:00 Schellingstr. 3
Einsatz eines transportablen Differenzfrequenz-Cavity-
Leak-Out-Spektrometers bei 3µm zur höchstempfindlichen
Spurengasanalyse — •Daniel Halmer, Golo von Basum, Peter
Hering und Manfred Mürtz — Universitätsstr. 1, 40225 Düsseldorf,
www.ilm.uni-duesseldorf.de/tracegas
In der Umwelt- und Medizinanalytik bietet der höchstempfindliche
Nachweis von Spurengasen interessante Anwendungen. Ein Beispiel ist
der sub-ppb Nachweis von Ethan im menschlichem Atem, welches ein
Marker für oxidativen Stress im Körper ist. Einige der für Medizin und
Umwelt relevanten Moleküle (z.B. Ethan, Methan, Formaldehyd, Aceton,
...) haben charakteristische Absorptionsbanden im atmosphärischen
Fenster bei 3 µm Wellenlänge. Für viele Anwendungen ist es notwendig
auch außerhalb des Labors messen zu können.
Basierend auf einem zwischen 2650 und 3100 cm −1 kontinuierlich abstimmbaren
Differenzfrequenz-Lasersystem (nachverstärkter Diodenlaser
mit λ = 800 − 830 nm und Nd:YAG-Laser mit λ = 1064 nm) mit einer
Ausgangsleistung von 280 µW wurde ein transportables Spektrometer
aufgebaut. Die für den Nachweis verwendete Cavity Leak-Out Spektroskopie
ist sehr gut geeignet zur zeitaufgelösten Bestimmung auch von
geringsten Absorptionskoeffizienten[1].
Es wird gezeigt, dass der kleinste messbare Absorptionskoeffizient bei
9 · 10 −10 cm −1 Hz −1/2 liegt, was für Ethan einer Nachweisgrenze von 300
ppt in einer Sekunde Mittelungszeit entspricht. Auch der Einsatz außerhalb
des Labors wurde demonstriert.
[1] G. von Basum et al., J. Appl. Physiol. 95, 2583ff (2003)
Q 32.8 Do 14:00 Schellingstr. 3
Gepulste Laserstrahlquelle für ein MIR-LIDAR — •Peter Geiser,
Christian Bohling, Claus Romano, Ulrike Willer und
Wolfgang Schade — Institut für Physik und Physikalische Technologien,
Technische Universität Clausthal
Für industrielle und umweltmeßtechnische Anwendungen ist neben
dem selektiven und sensitiven Nachweis von Gasen wie z.B. CH4, CO
und NO, der im mittleren Infraroten Spektralbereich spektroskopisch
möglich ist, eine hohe Ortsauflösung von großer Bedeutung. Eine Ortsauflösung
kann durch den Einsatz eines MIR-LIDAR Systems erreicht
werden. Als Grundlage für ein solches System wird ein gepulster Laser
auf Basis der Differenzfrequenzerzeugung in periodisch gepoltem Lithiumniobat
vorgestellt. Die Pulslänge im Subnanosekundenbereich sichert
eine Ortsauflösung von wenigen Zentimetern. Als Signalquelle wird ein
faserverstärkter, passiv gütegeschalteter Microchiplaser eingesetzt. Eine
Verstärkung um den Faktor 20 wird in einer Yb-dotierten double clad
Faser (Nufern PLMA-YDF-30/250, 2,5m lang), die mit einem 30W Diodenlaser
bei λ=976nm gepumpt wird, erreicht. Die Pumpquelle, eine
single-mode Laserdiode (λ=808nm), wird mit einem Trapezverstärker
(eagleyard Photonics) ebenfalls um den Faktor 20 verstärkt. Da beide
Eingangsleistungen linear in die Differenzfrequenzleistung eingehen,
wird somit eine Verstärkung der Strahlung im MIR um den Faktor 400
erreicht, was einer Pulsspitzenleistung von P=120mW bei einer Wiederholrate
von 3,5kHz entspricht.
Q 32.9 Do 14:00 Schellingstr. 3
Verbesserung der Sensitivität eines NO-Sensors mittels Modulationstechniken
— •Cornelia Lengler und Thomas Walther
— Technische Universität Darmstadt, Institut für Angewandte Physik,
AG Laser und Quantenoptik, Schlossgartenstr. 7, D-64289 Darmstadt
Abgaskontrolle von Verbrennungsprozessen ist wegen ihrer Umweltrelevanz
von grosser Bedeutung. Empfindlichkeit und Genauigkeit der
Messungen sind dabei entscheidend bei der Kontrolle von Abgasnormen
bzw. Regelungssystemen. Vorgestellt wird unser diodenlaserbasierter
UV-Absorptionssensor für NO. Insbesondere soll auf die Möglichkeiten
der Modulationsspektroskopie zur Sensitivitätssteigerung eingegangen
werden. Wir diskutieren einen Ansatz zur Lock-In-Detektion mittels
DSP.
Q 32.10 Do 14:00 Schellingstr. 3
Injection seeded Nd:YAG Laser Oszillator als Basis eines
LIDAR-System für die Fernerkundung in der Erdatmosphäre
— •Martin Ostermeyer 1 , Volker Wulfmeyer 2 , Sebastian
Bange 1 , Philip Kappe 1 und Ralf Menzel 1 — 1 Institut für Physik,
Lehrstuhl Photonik der Universität Potsdam, Am neuen Palais 10,
14469 Potsdam — 2 Institut für Physik und Meteorologie, Universität
Hohenheim, Garbenstr. 30, Stuttgart-Hohenheim
Für Messungen der Wasserdampfverteilung in der Erdatmosphäre
können LIDAR-Systeme eingesetzt werden. Die hierfür eingesetzten Laserlichtquellen
müssen schmalbandig und hochgradig frequenzstabil sein.
Um dieses zu erreichen wurde ein frequenzstabilisierter Nd:YAG-
Laseroszillator als Basis für ein Lasersystem mit hoher Pulsenergie entwickelt.
Ein monolithischer Ringlaser (NPRO) wurde durch den hinteren
Resonatorspiegel mit 99% Reflektivität in den twisted-Mode-Resonator
des Master-Oszillators eingekoppelt. Eine Pound-Drever-Hall-Technik
(PDH) wird zur Frequenzstabilisierung des gepulsten Oszillators eingesetzt.
Im gepulsten Betrieb tritt anders als im cw-Fall eine periodisch
fluktuierende Resonatorgüte auf. Durch die Güteschaltung und den
Pumpprozess des Lasermaterials kommt es zu Phasensprüngen. Die
Frequenzstabilisierung ist für diese besonderen Verhältnisse ausgelegt
worden um die prinzipiellen Vorzüge des PDH-Verfahrens gegenüber
anderen Injection-Seeding-Verfahren nutzbar zu machen.
Im Ergebnis der Untersuchungen ergibt sich ein einmodiger Betrieb
des Nd:YAG Oszillators bei einer Pulsenergie von 10mJ bei 250Hz Wiederholrate
mit einer Fequenzstabilität besser als einige MHz.
Q 33 Poster Präzisionsmessungen und optische Messtechnik
Zeit: Donnerstag 14:00–16:00 Raum: Schellingstr. 3
Q 33.1 Do 14:00 Schellingstr. 3
Photon-to-atom momentum transfer in precision atom interferometry
— •Andreas Wicht 1 , Edina Sarajlic 2 , and Steven
Chu 2 — 1 Institut für Experimentalphysik, Heinrich-Heine-Universität
— 2 Stanford University, Department of Physics, Stanford, CA 94305
Precision atom interferometer experiments rely on the precise knowledge
of the amount of momentum which is transferred to an atom in a
light-atom interaction. In a simple model the light field as well as the external
quantum state ”position of the atom are described by plane waves
so that the momentum transfer is given by the wave vector of the optical
field.
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Assuming more realistic conditions we present an analysis focusing on
two main issues: (i) we use a classical and a quantum analytical approach
to show that a dielectric background of cold atoms has a two-fold systematic
effect: it changes the amount of momentum transferred to the
signal-atoms, and it also changes the phase of the optical field. A numerical
simulation of the quantum system based on parameters typical
for the ”photon-recoil experiment clearly shows that the resulting effect
is less than 1
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of this experiments overall uncertainty. It however may
play a significant role for future atom interferometers. Further, (ii) the
quantum analytical approach proves that under realistic conditions the
photon-to-atom momentum transfer is given by the phase gradient of the