Deutsche Physikalische Gesellschaft e. V. (DPG)

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E-Verhandlungen 2000
Programm und Abstracts der Sitzung Q 32

Charakterisierung von Sub-6-fs Laserpulsen: Vergleich von FROG, SPIDER und Autokorrelation

•Günter Steinmeyer, Lukas Gallmann, Dirk Sutter und Ursula Keller
Institut für Quantenelektronik, ETH Zürich Hönggerberg HPT, CH-8093 Zürich, Schweiz

Extrem kurze Laserpulse mit weniger als 6 fs Dauer können heute durch Kontinuumserzuegung in gasgefüllten hohlen Fasern, durch optisch parametrische Verstärkung und seit kurzem auch direkt in Laseroszillatoren erzeugt werden. Eine korrekte Messung der komplexen Pulsprofile stellt aufgrund der enormen spektralen Bandbreiten der Pulse eine Herausforderung dar. Basierend auf Messungen an unserem Ti:Saphir Laser vergleichen wir 3 Verfahren zur Charakterisierung des zeitlichen Amplituden- und Phasenprofils von Pulsen im 5-fs-Bereich, nämlich Rekonstruktion aus Autokorrelation und Spektrum [1], Frequency-Resolved Optical Gating (FROG) [2] und Spectral Interferometry for Direct Electric-Field Reconstruction (SPIDER) [3]. Wir beschreiben systematische Limitationen der Verfahren bei extrem kurzen Pulsdauern und untersuchen statitistische Schwankungen der Ergebnisse bei konstanten Laserparametern zur Bestimmung der relativen Empfindlichkeit der Verfahren. Zusammenfassend beurteilen wir die Eignung der Methoden zur Messung ultrakurzer Laserpulse.
[1] A. Baltuska et al., Appl. Phys. B 65, 175 (1997)
[2] R. Trebino et al., Rev. Sci. Instrum. 68, 1 (1997)
[3] C. Iaconis et al., IEEE J. Quantum Electron. 35, 501 (1999)

A method for attosecond pulse measurememt

•Thomas Brabec, Michael Geissler und Armin Scrinzi
Photonics Institute, Vienna University of Technology, Gusshausstrasse 27-29, A-1040 Vienna, Austria

Measurement of sub-10 fs pulses is an unsolved problem to date. We present a technique for the measurement of attosecond pulses based on cross correlation between a strong laser pulse and an attosecond pulse in a noble gas. The feasibility of this method is studied by a numerical solution of the 3-D Schrödinger equation for a He+ ion. The technique fundamentally differs from previously performed multiphoton cross correlation measurements, the resolution of which is limited by the laser pulse duration. In contrast to that, the resolution limit of our method lies at about one tenth of the optical period of the laser pulse (approx. 250 attoseconds).

Autokorrelationsmessungen durch direkte Zwei- und Dreiphotonenabsorption in Photodioden im infraroten Spektralbereich

•P. Mahnke, S. Marzenell, R. Beigang und R. Wallenstein
Universität Kaiserslautern, Fachbereich Physik, Erwin-Schrödinger-Str., 67663 Kaiserslautern

Autokorrelationsmessungen sind bewährte Meßverfahren, um die Pulslängen ultrakurzer Lichtimpulse zu bestimmen. Als nichtlineare Elemente können entweder Kristalle oder Photodioden eingesetzt werden, bei denen man Mehrphotonenabsorption ausnutzt. Liegt die Photonenenergie der zu messenden Impulse zwischen einfachem und halbem Bandabstand der verwendeten Photodiode, erhält man Zweiphotonenabsorption (2PA), liegt die Photonenenergie zwischen einem halbem und einem drittel des Bandabstands der Photodiode, erhält man Dreiphotonenabsorption (3PA). Auf diese Art und Weise ist es möglich, ultrakurze Lichtimpulse im gesamten Wellenlängenbereich von 400 nm bis 12 mm zu vermessen. In diesem Beitrag wird über systematische Untersuchungen an GaAsP, Si, InGaAs und InAs Photodioden zur Messung ultrakurzer Lichtimpulse mit Hilfe von 2PA und 3PA berichtet. Die ultrakurzen Lichtimpulse mit typischen Impulslängen von 100 fs bis 400 fs wurden mit einem OPO-Tandem System erzeugt (CTA- und AgGaSe₂-OPO), das Impulse im Wellenlängenbereich von 1,5 mm bis 8 mm lieferte [1]. Im gesamten Wellenlängenbereich konnten Intensitäts- und interferometrische Autokorrelationsmessungen durchgeführt werden. Die Ergebnisse aus 2PA- und 3PA-Messungen werden mit Simulationsrechnungen verglichen.

[1] S. Marzenell et al., Appl. Phys. B 69(5/6), 423 (1999)

Modenbreite und Ankunftszeitfluktuationen eines Femtosekundenlasers

•Jörn Stenger¹, H. R. Telle¹, Günter Steinmeyer², Dirk Sutter², Amy E. Dunlop² und Ursula Keller^2
1Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB), Bundesallee 100, 38116 Braunschweig
²Eidgenössische Technische Hochschule, ETH Hönggerberg-HTP, 8093 Zürich

Das Ausgangssignal eines modengekoppelten Lasers entspricht einem Frequenzkamm aus äquidistanten Moden. Wir haben einen Kerrlinsen-modengekoppelten Titansaphirlaser (Pulsdauer ca 10 fs) mit einem Selfheterodyn-Aufbau hinsichtlich seiner spektralen Rauschdichte bzw. seiner Modenbreite untersucht. Die Messungen deuten darauf hin, daß die Einzelmodenbreite durch das Schawlow-Townes Limit der Gesamtkammleistung und nicht der Einzelmodenleistung bestimmt ist. Aus diesen Messungen kann auch, begrenzt durch die Detektivität unseres Aufbaus, ein oberes Limit für die schnellen Ankunftszeitfluktuationen der Pulse von weniger als 4 fs abgeschätzt werden.

Dispersionskontrolle im CPA-Ti:Saphir-Laser fuer 100 TW

•Horst Schoennagel, Mikhail Kalachnikov, Peter Nickles und Wolfgang Sandner
Max-Born-Institut, Max-Born-Strasse 2a, D-12489 Berlin

CPA-Laser mit Multiterawatt Leistung arbeiten mit einer Impulsdehnung bis in den Nanosekunden-Bereich, um das Zerstoeren des optischen Materials zu vermeiden. Um die ultrakurze Startimpulsdauer nach der Verstaerkung wieder zu rekonstruieren, muessen die Dispersionen bis zur 5. Ordnung kontrolliert werden. Dies kann durch geeignete Wahl der freien Parameter von Impulsdehner und Kompressor bzw. durch Einfuehrung von zusaetzlichem optischen Material erreicht werden. Rechnungen fuer einen endlich ausgedehnten Strahl lassen erkennen, dass es durch die lateral variierenden Abbildungsfehler des Impulsdehners zu einer kritischen Verformung der Impulsfront kommt. Es wird die unterschiedliche Staerke dieser Impulsfrontverzeichnung fuer verschiedene Gitter-Impulsdehner-Anordnungen analysiert. Es folgt, dass durch die Abstimmung von Strahldurchmesser und Divergenz und die Einfuehrung zusaetzlicher seitenverdrehter Strahlumlaeufe im Impulsdehner bzw. eines speziell konzipierten Korrektursystems diese Verzeichnung auf ein Minimum reduziert werden kann.

Erzeugung von 20 bis 50 fs Lichtimpulsen zwischen 450 und 1600 nm in einem zweistufigen nichtkollinear phasenangepa\ßten OPA

•J. Piel, M. Beutter und E. Riedle
Sektion Physik der LMU München, Oettingenstr. 67, 80538 München

Nichtkollinear phasenangepa\ßte Optisch Parametrische Verstärker (NOPAs), die mit dem frequenzverdoppelten Licht eines regenerativen Ti:Saphir-Verstärkers (RGA) gepumpt werden, liefern abstimmbare sichtbare Pulse mit einer Dauer von weniger als 20 fs. In früheren Arbeiten wurde ein einstufiger Aufbau verwendet, der Pulsenergien von bis zu 11 mJ lieferte [1]. Durch einen zweistufigen Aufbau konnte die Ausgangsenergie des NOPAs, der mit 65 mJ Pulsen gepumpt wird, auf bis zu 20 mJ gesteigert werden. Dies entspricht einer Quanteneffizienz von 40 % für die Konversion von 400 nm Licht in grünes Licht und 15 % für die gesamte Wandlung des 800 nm Lichtes des RGA in abstimmbare sichtbare Pulse. Die hohe Verstärkung erlaubt zudem die effiziente Erzeugung von NIR Pulsen. Die Pulslänge steigt von etwa 20 fs bei 900 nm auf knapp unter 50 fs bei 1600 nm an [2]. Insgesamt ergibt sich ein stabiler und leicht zu bedienender Aufbau, der die Erzeugung kürzester Pulse im Bereich von 450 bis 1600 nm erlaubt. Durch den Betrieb zweier paralleler NOPAs wird eine Vielzahl von spektroskopischen Messungen mit höchster Zeitauflösung ermöglicht.

[1] T. Wilhelm, J. Piel, und E. Riedle, Opt. Lett. 22, 1494 (1997)

[2] J. Piel, M. Beutter, und E. Riedle, Opt. Lett., 15. Januar 2000

Solitonen höherer Ordnung in Glasfasern mit „ dispersion management “

•Michael Böhm und Fedor Mitschke
Fachbereich Physik, Universität Rostock, 18051 Rostock

Optische Solitonen in Glasfasern sind Lichtimpulse, die den Einfluß der Dispersion der Gruppengeschwindigkeit durch Nichtlinearitäten kompensieren können und damit besondere Stabilität aufweisen. Neben den formstabilen Solitonen erster Ordnung gibt es die periodisch oszillierenden Solitonen höherer Ordnung, die man als Überlagerungszustände von Solitonen erster Ordnung auffassen kann. Mit optische Solitonen in Glasfasern lassen sich hohe Datenübertragungsraten erzielen. Durch die Verwendung von sogenanntem „ dispersion management“ kann man die Übertragungsraten noch weiter steigern. Bisher wurden in diesem Zusammenhang allerdings nur Solitonen erster Ordnung betrachtet. Wir haben das Verhalten von Solitonen höherer Ordnung bei „ dispersion management“ untersucht. Wider Erwarten können sie stabil sein. Einige Eigenschaften sind aber deutlich anders als die von Solitonen erster Ordnung.

The Generation and Amplification of Shaped Ultrafast Laser Pulses, Tunable between 500 to 700 nm

•Elmar Schreiber, Howe Siang Tan und Warren Warren
Center for Ultrafast Laser Applications, Princeton University, NJ 08544, USA

The generation of 10 mJ ultrafast shaped pulses tunable between 500 and 700nm is demonstrated. This is achieved with acousto-optical modulation (AOM) pulse shaping technique using a white light continuum followed by amplification via noncollinear optical parametric amplification (NOPA, [1]). In our setup, the wide wavelength tunability of the shaped pulse is provided by a white light continuum, which is generated by a 100fs pulse at 800nm in a 3-mm sapphire crystal. The AOM based pulse shaper can be tuned to shape the spectral range of choice from the white light continuum. This provides the seed pulse, that as in [1] is amplified to approximately 10mJ via type I BBO optical parametric amplification by a 100mJ pump pulse at 400nm with a noncollinear geometry. To perform pump&probe/control spectroscopy a second NOPA without AOM is added to probe e.g. laser-induced wave packets in molecules.

[1] T. Wilhelm, J. Piel, and E. Riedle, Opt. Lett. 22, 1494-1496, (1997)

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Zuletzt geändert am 15.01.2001

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