ISBN 9783843911610

978-3-8439-1161-0, Reihe Physik

Thomas Calmano
Femtosekundenlaser-geschriebene kristalline Wellenleiterlaser im sichtbaren und nahen infraroten Spektralbereich

213 Seiten, Dissertation Universität Hamburg (2013), Softcover, A5

Zusammenfassung / Abstract

Gegenstand dieser Arbeit ist die Herstellung und Untersuchung von Wellenleitern und Wellenleiterlasern in Y3Al5O12 (YAG), Yb:YAG, keramischem Yb:YAG, Cr:YAG gebondet an Nd:YAG (Nd:YAG/Cr:YAG), KTiOPO4 (KTP) und Pr:SrAl12O19. Die Wellenleiter wurden mittels fs-Laserstrukturierung hergestellt. Dabei wurden durch Translation der Probe senkrecht zur Einfallsrichtung der fs-Laserstrahlung zwei parallele Spuren (Doppelspuren) modifizierten Materials geschrieben. Die untersuchten wellenleitenden Bereiche liegen zwischen diesen beiden Spuren, wobei sich die relative Erhöhung des Brechungsindex in diesen Bereichen aus einer Brechungsindexverringerung des modifizierten Materials und einer spannungsinduzierten Brechungsindexerhöhung zwischen den Spuren zusammensetzt. In Ti:Saphir-Laser gepumpten Yb:YAG Wellenleitern, die mit dieser Methode hergestellt wurden, konnte effizienter Laserbetrieb bei 1030 nm demonstriert werden. Es wurde ein differentieller Wirkungsgrad von eta_s = 79%, eine maximale Ausgangsleistung von Pout = 1055mW und ein optisch-optischer Wirkungsgrad von eta_opt = 67% erzielt. Durch die Verwendung unterschiedlicher auf Halbleitertechnologie basierender Pumpquellen wurde in weiteren Laserexperimenten die mögliche Miniaturisierung derartiger Lasersysteme demonstriert (Pout = 2,4W, eta_s =51%). Durch die Realisation von S-förmig gekrümmten Yb:YAGWellenleiterlasern konnte die mögliche Integrierbarkeit von fs-Laser-geschriebenen optischen Bauelementen auf optischen Chips demonstriert werden. Strukturen mit einem Krümmungsradius von R ≥ 20mm wiesen gute Lasereigenschaften auf (Pthr ≤ 216mW, eta_s ≥ 51%, Pout ≥ 726mW). Weiterhin wurde gütegeschalteter Laserbetrieb in Nd:YAG/Cr4+:YAG Wellenleitern mit Pulsenergien von 1 μJ und Pulsdauern von 1 ns und Laseroszillation in Yb:YAG Keramik Wellenleitern (Pthr = 233mW, eta_s = 65%, Pout = 731mW) erzielt. Mit den Wellenleitern in Pr:SrAl12O19 (D = 0,16 dB/cm) wurde Laseroszillation im sichtbaren Spektralbereich bei 623 nm und 644 nm demonstriert. Durch Verwendung eines Spiegelsystems mit variabler Transmission konnte die Emissionswellenlänge des Lasers umgeschaltet bzw. gleichzeitige Laseroszillation auf beiden Wellenlängen erzielt werden. Die in KTP hergestelltenWellenleiter (D = 0,6 dB/cm) eignen sich mit einem Modendurchmesser von 14 μm (d = 18 μm) zur effizienten Frequenzkonversion von Laserlicht.