Erheblich mehr Laser-Leistung mit einem regenerativen Verstärker

Das LZH hat einen sogenannten „regenerativen Verstärker“ entwickelt, der die Pulsenergien von Ultrakurzpulslasern um einen Faktor 100.000 steigert. So werden Pulsenergien erreicht, die den Einsatz von Piko- oder Femtosekundenlasern in der Materialbearbeitung möglich machen.

Ein regenerativer Verstärker wird zur Nachverstärkung der Lichtpulse aus ultrakurzgepulsten Laserquellen, den Oszillatoren, verwendet. Diese Laserquellen arbeiten mit Pulsdauern im Piko- bzw. Femtosekundenbereich und senden typischerweise Lichtpakete mit Pulsenergien im Nanojoule-Bereich mit Repetitionsraten von 50-100 MHz aus. Die geringe Pulsenergie auf Grund der hohen Repetitionsrate ist jedoch für Anwendungen in der Materialbearbeitung nicht ausreichend.

Um die Pulsenergie um den Faktor 104 zu steigern, wird ein zweiter Laserresonator als regenerativer Verstärker eingesetzt. Zuerst wird ein einzelner Laserpuls aus dem Ultrakurzpulslaser eingekoppelt. Dieser Puls wird mit der im aktiven Kristall des zweiten Laserresonators gespeicherten Pumpenergie verstärkt und anschließend elektro-optisch wieder ausgekoppelt. Dieser Zyklus kann dann mit Wiederholraten von einigen Kilohertz durchgeführt werden. Die Repetitionsrate, die zum einen durch die verfügbaren elektro-optischen Schalter und zum anderen durch die verfügbare Pumpleistung begrenzt wird, kann durch kontinuierliche technische Weiterentwicklung weiter gesteigert werden.
Der Vorteil eines regenerativen Oszillator-Verstärkersystems liegt in seinem modularen Aufbau. Die Elemente zur Pulserzeugung befinden sich im Oszillator, während die für die Erhöhung der Pulsenergie notwendigen Elemente in den Verstärker eingebaut werden. Das heißt, dass in einem regenerativen Verstärker hohe Pulsenergien bei geringen Repetitionsraten erzeugt werden können.

Ein weiterer Vorteil von regenerativen Verstärkern ist, dass leicht bis zu mehreren hundert Durchgänge durch den Kristall realisiert werden können. Dieses ist besonders interessant für die neueren, direkt diodenpumpbaren laseraktiven Medien. die eine vergleichsweise geringe Verstärkung pro Durchgang aufweisen. Ein Vorteil bei regenerativen Verstärkern im Gegensatz zu Multipass-Verstärkern ist die variabel einstellbare Anzahl der Umläufe des Pulses im Verstärker. Hierdurch kann zum Beispiel eine höhere Puls-zu-Puls-Stabilität erreicht werden.
Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) ist eine durch Mittel des niedersächsischen Ministeriums für Wirtschaft, Arbeit und Verkehr unterstützte Forschungs- und Entwicklungseinrichtung auf dem Gebiet der Lasertechnik.

Kontakt:

Laser Zentrum Hannover e.V.
Herr Michael Botts
Hollerithallee 8
D-30419 Hannover
Tel.: +49 511 2788-151
Fax: +49 511 2788-100
E-Mail: bt@lzh.de