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Harmonic Mode-locked Fibre Lasers

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Verbesserte optische Ultrakurzpulslaser

Kosteneffiziente, einfach herzustellende modengekoppelte Faserlaser (MLFL) erzeugen ultrakurze Impulse und sind wichtig für Anwendungen, die von Kommunikation bis hin zu medizinischer Bildgebung reichen. Neuartige Stabilisierungstechnologien werden die Robustheit der generierten Impulse sicherstellen.

Digitale Wirtschaft

Bei Faserlasern, die auf optischen Fasern mit einer dotierten optischen Faser als Verstärkungsmedium basieren, wurden in den letzten Jahren gewaltige Fortschritte erzielt. Für viele Anwendungen ist von entscheidender Bedeutung, dass die erzeugten Impulse sehr stabile Eigenschaften aufweisen. Das EU-finanzierte Schulungsprojekt HARMOFIRE (Harmonic mode-locked fibre lasers) wurde ins Leben gerufen, um vielversprechende Nachwuchsforscher in der Entwicklung von Faserlasern zu schulen, wobei ein Schwerpunkt auf kosteneffektive Stabilisierung gelegt wurde. Die Maßnahmen umfassten sowohl experimentelle als auch theoretische Ansätze. Die Kopplung harmonischer Schwingungsmoden ist eine fortschrittliche Technik, welche sehr hohe Impulswiederholungsraten möglich macht. Im Laserresonator zirkulieren mit konstantem zeitlichen Abstand mehrere ultrakurze Impulse, um im Vergleich zur Wiederholungsrate eines einzelnen Impulses neue Maßstäbe für Resonatoren zu setzen. Neuartige harmonische MLFL mit einem sättigbaren Absorber aus Kohlenstoffnanoröhren (CNT) und stark mit Erbium dotierten Verstärkerfasern wurden konstruiert und hergestellt. Sättigbare CNT-Absorber fanden bei Modenkopplungsanwendungen weit verbreitet Anwendung, da sie schnelle Reaktionen und Breitbandbetrieb ermöglichen. CNT-basierte sättigbare Absorbern sind aufgrund ihrer Polarisationsintensität bei der Untersuchung von Polarisationsattraktoren bei modengekoppelten Lasern von Nutzen. Die Projektpartner erforschten anschließend die Polarisationsdynamik von Vektorsoliton-Molekülen in diesem Paradigma genauer. Solitonen sind Impulse mit einem genauen Gleichgewicht zwischen non-linearen und dispersiven Effekten, sodass die temporale und spektrale Form der Impulse selbst bei längeren Ausbreitungsdistanzen erhalten wurde. Darüber hinaus können Solitonen gebundene Zustände mit festen und unterscheidbaren Phasenübergängen aufweisen. Vektorsolitonen mit verschiedenen Polarisationsattraktoren mit Schwingungskopplung bis zur elften Harmonischen wurden beobachtet (Harmonische sind ganze Vielfache der Ursprungsfrequenz des Lichts). Die Integration eines modenkoppelnden Mechanismus (namens Faser-Bragg-Gitter) in den Laserresonator stabilisierte die Wiederholungsrate und verbesserte die Rauschleistung der Laser, wenn diese im Bereich hoher Harmonischer (über der fünften) betrieben wurden. Dies ermöglichte den stabilen harmonischen Betrieb für 16 Stunden auf der 19. Harmonischen mit einer Pulswiederholungsrate von 460 MHz. Stabilisierte MLFL und eine hohe Flexibilität bei der Erzeugung dynamischer Polarisierungszustände werden wichtige Innovationen in den Bereichen Kommunikation, Einfangen von Atomen und Nanopartikeln und Magnetisierungssteuerung möglich machen. Daher ist zu erwarten, dass die Ergebnisse von HARMOFIRE weit verbreitet Anwendung finden werden.

Schlüsselbegriffe

Optische Laser, modengekoppelte Faserlaser, ultrakurze Impulse, Stabilisierungstechnologien, Kopplung harmonischer Schwingungsmoden

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