Dissipative Solitonen für modengekoppelte Faserlaser
Ultrakurze Hochenergie-Laserpulse in verschiedenen Wellenlängen sind für eine Vielzahl wissenschaftlicher und industrieller Anwendungsbereiche erforderlich. Faserlaser, die Vorteile wie Kompaktheit und Robustheit aufweisen, gelten als attraktive Kandidaten für die Erzeugung ultrakurzer Laserimpulse. Bislang hinken Faserlaser deren Feststoff-Pendants allerdings hinsichtlich Pulskraft und -dauer hinterher. Um die Leistung von Faserlasern zu verbessern, sind verschiedene modengekoppelte Mechanismen vorgeschlagen worden. Hierzu zählen unter anderem dispersionsgesteuerte Solitonen, Similaritonen und dissipative Solitonen. EU-finanzierte Forscher untersuchten die Verwendung dissipativer Solitonen hinsichtlich einer Modenkopplung. Im Rahmen des Projekts DISCANT (High-energy dissipative soliton dispersion-managed fibre laser based on carbon nanotubes), wurde nach Wegen gesucht, um diesen Mechanismus zu nutzen, damit eine gute Balance zwischen Nichlinearität und Dispersion sowie zwischen Gewinnen und Verlusten sichergestellt ist." Nach einer Analyse der Kavitäts-Pulsdynamik schlugen die Forscher die Verwendung einwandiger Kohlenstoffnanoröhren (Single-Walled Carbon Nanotubes, SWNTs) vor. Eine Kombination von SWNTs mit unterschiedlichem Durchmesser und Chiralität kann die Entwicklung modengekoppelter Faserlaser ermöglichen, die über eine Vielzahl von Wellenlängen einstellbar sind. SWNTs zeigen eine optische Nichtlinearität, eine kurze Trägerrelaxationszeit und einen hohen Schadensgrenzwert. Auch bei Wellenlängen, bei denen ein Detuning im hundertstel Nanometer-Bereich auftritt, kann noch eine zufriedenstellende optische sättigbare Absorption festgestellt werden. Diese Merkmale implizieren ein großes Potenzial für Laser, die für eine große Bandbreite einstellbar sind. Forscher achteten insbesondere auf dissipative Solitonen in einem reinen Ytterbium-dotierten Faserlaser mit SWNT-basiertem Modenkoppler. Bei optimaler Kavitätsdispersion konnten mit dem Oszillator 8,4 Picosekunden lange Pulse erzeugt werden. Durch weitere Kompression außerhalb der Kavität wurden Pulse von lediglich 118 Femtosekunden erreicht. Durch die experimentelle Anwendung wurde die Gültigkeit des ursprünglichen Vorschlags bestätigt. Die Ergebnisse des DISCANT-Projekts haben nicht nur zu einem besseren Verständnis modengekoppelter Faserlaser geführt, sondern stellen auch einen wichtigen Schritt dar, um ultrakurze Hochenergie-Laserpulse zu erzeugen, die für eine Vielzahl von Anwendungsbereichen von Bedeutung sind.
Schlüsselbegriffe
Dissipative Solitonen, modengekoppelt, Faserlaser, Kohlenstoffnanoröhren, ultrakurze Laserpulse, DISCANT
