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Optimierung von CPA-Lasersystemen

Bei Lasersystemen besteht ein ständiger Bedarf zur Steigerung des Wirkungsgrades, und das gilt in besonderem Maße für Lasersysteme, die nach dem CPA-Verfahren (Chirped Pulse Amplification, Verstärkung frequenzmodulierter Laserimpulse) arbeiten. Die Eigenschaften der in solchen Systemen verwendeten Beugungsgitter (z.B. der Schädigungs-Schwellwert) sind - selbst im Routinebetrieb - nur von unzureichender Qualität. Die Anwendung der in diesem Projekt neu entwickelten Technik, bei der volumenholografische Transmissionsgitter eingesetzt werden, würde die Effizienz von CPA-Lasersystemen enorm erhöhen.
Optimierung von CPA-Lasersystemen
Unabdingare Voraussetzung für die Erforschung der intensiven oder ultraschnellen Wechselwirkungen zwischen Licht und Materie - so z.B. die Untersuchung der wellenlängenabhängigen ultraschnellen physikalischen Phänomene - sind abstimmbare und kurz gepulste Strahlungsquellen hoher Intensität. Die Anwendung der Technik zur Verstärkung frequenzmodulierter Laserimpulse (CPA-Technik) in Lasersystemen gestattet die Emission extrem kurzer Laserimpulse mit großer zugehöriger Bandbreite. Ein Impuls von 30 Femtosekunden Dauer beispielsweise hat eine Bandbreite von 30 Nanometern.

Würde man diese Impulse direkt verstärken, so käme zu nichtlinearen Effekten, die das Verstärkungsmedium beschädigen würden. Aus diesem Grund muss im Laser eine Verringerung der Spitzenintensität des Impulses vorgenommen werden. In den CPA-Laserketten wird diese Spitzenintensitätsbegrenzung und somit eine sichere Verstärkung durch den Einsatz geeigneter Beugungsgitter erreicht. Die Impulse, die diese Gitter passieren, werden gedehnt und nach der Verstärkung wieder auf ihre ursprüngliche Dauer komprimiert.

Die derzeitigen extremen Bedingungen, die für diese Gitter erforderlich sind, führt dazu, dass ihr Wirkungsgrad und ihr Schädigungs-Schwellenwert schnell sinken. Mit einer neuen Technik, bei der volumenholografische Transmissionsgitter als Beugungsgitter in CPA-Lasersystemen eingesetzt werden, gelang in diesem Projekt eine bedeutende Steigerung des Gesamtwirkungsgrades des Kompressors. Überdies wurde mit diesen Gittern eine zufrieden stellende Genauigkeit des Schädigungs-Schwellenwertes erreicht.

Die in diesem Projekt geleisteten technologischen Forschungsarbeiten zur Verbesserung dieser Hochleistungs-Lasersysteme können auf vielerlei Gebieten der Optik und Optoelektronik zur Anwendung kommen. Dabei könnten die Kosten für die immer komplexeren und effizienteren Produkte und Systeme die die innovativen volumenholografischen Transmissionsgitter und das Verfahren der Eigeninzidenz erheblich gesenkt werden.
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