Absenkung der Repetitionsrate von modengekoppelten … · 2021. 1. 28. · 34 Jahresbericht 2017...
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Jahresbericht 2017 35 Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, www.ilt.fraunhofer.de DQS zertifiziert nach DIN EN ISO 9001, Reg.-Nr.: DE-69572-01 Änderungen bei Spezifikationen und anderen technischen Angaben bleiben vorbehalten. 06/2018. 2 Modengekoppelter Faserlaser mit sättigbarem Absorber. ABSENKUNG DER REPETITIONSRATE VON MODENGEKOPPELTEN ULTRA- KURZPULS-FASERLASERN Aufgabenstellung Ultrakurzpulslaser finden ein immer größer werdendes Anwendungsfeld in der industriellen Materialbearbeitung. Als Seedquelle für Hochleistungssysteme werden häufig modengekoppelte Faserlaser eingesetzt, deren Repetitionsrate typischerweise im Bereich um ca. 50 MHz liegt und damit für viele Anwendungen in der Materiabearbeitung zu hoch ist. Zur Absenkung der Repetitionsrate können aktiv gesteuerte Pulspicker verwendet werden, wodurch die Komplexität des Systems erhöht wird und die Effizienz sinkt. Um dies zu umgehen, soll ein rein passiver Resonator entwickelt werden, der direkt Repetitionsraten um 10 MHz liefert. Vorgehensweise Unter Berücksichtigung der Einflüsse von Dispersion, nichtli- nearen Effekten, Verstärkung und Verlusten im Resonator auf die zeitlichen und spektralen Eigenschaften der Pulse wird zunächst eine theoretische Untersuchung mit einer semianaly- tischen Simulation durchgeführt. Auf Basis dieser Ergebnisse wird zunächst ein passiv moden- gekoppelter Faserresonator mit einer Repetitionsrate von ca. 30 MHz, einer Pulsenergie von 0,5 nJ und einer Pulsdauer von 45 ps realisiert. Zur weiteren Verringerung der Repetitionsrate wird die Resonatorlänge vergrößert. Hierzu werden verschie- dene Methoden untersucht. Zur Erreichung eines hohen Integrationsgrads wird die Verwendung einer Hohlkernfaser favorisiert. Ergebnis Durch eine Verlängerung des Resonators werden Repetitions- raten um 10 MHz erreicht. Dabei werden die weiteren Pulsparameter nicht beeinflusst. Für einen Einzelpuls existieren in einer Faser Limits in Bezug auf die maximal erreichbare Pulsspitzenleistung. Diese Limits können unter Verwendung einer externen Nachverstärkung nach dem Prinzip der Divided Pulse Amplification (DPA) umgangen werden. Als Konzeptstudie wurde dies für eine einstufige DPA demonstriert. Anwendungsfelder Die demonstrierten Parameter ermöglichen den effizienten Einsatz in der Mikro- und Nanofertigung. Mit dem unter- suchten Konzept kann die Repetitionsrate bei effizientem Laserbetrieb an die jeweilige Anwendung angepasst werden. Ansprechpartner Patrick Baer M.Sc. Telefon +49 241 8906-8251 [email protected] Dipl.-Phys. Oliver Fitzau Telefon +49 241 8906-442 oliver.fi[email protected] 2
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34 Jahresbericht 2017 Jahresbericht 2017 35Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, www.ilt.fraunhofer.deDQS zertifiziert nach DIN EN ISO 9001, Reg.-Nr.: DE-69572-01
Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT, www.ilt.fraunhofer.de
DQS zertifiziert nach DIN EN ISO 9001, Reg.-Nr.: DE-69572-01
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2 Modengekoppelter Faserlaser
mit sättigbarem Absorber.
ABSENKUNG DER REPETITIONSRATE VON MODENGEKOPPELTEN ULTRA-KURZPULS-FASERLASERN
Aufgabenstellung
Ultrakurzpulslaser finden ein immer größer werdendes
Anwendungsfeld in der industriellen Materialbearbeitung.
Als Seedquelle für Hochleistungssysteme werden häufig
modengekoppelte Faserlaser eingesetzt, deren Repetitionsrate
typischerweise im Bereich um ca. 50 MHz liegt und damit für
viele Anwendungen in der Materiabearbeitung zu hoch ist.
Zur Absenkung der Repetitionsrate können aktiv gesteuerte
Pulspicker verwendet werden, wodurch die Komplexität
des Systems erhöht wird und die Effizienz sinkt. Um dies zu
umgehen, soll ein rein passiver Resonator entwickelt werden,
der direkt Repetitionsraten um 10 MHz liefert.
Vorgehensweise
Unter Berücksichtigung der Einflüsse von Dispersion, nichtli-
nearen Effekten, Verstärkung und Verlusten im Resonator auf
die zeitlichen und spektralen Eigenschaften der Pulse wird
zunächst eine theoretische Untersuchung mit einer semianaly-
tischen Simulation durchgeführt.
Auf Basis dieser Ergebnisse wird zunächst ein passiv moden-
gekoppelter Faserresonator mit einer Repetitionsrate von ca.
30 MHz, einer Pulsenergie von 0,5 nJ und einer Pulsdauer von
45 ps realisiert. Zur weiteren Verringerung der Repetitionsrate
wird die Resonatorlänge vergrößert. Hierzu werden verschie-
dene Methoden untersucht. Zur Erreichung eines hohen
Integrationsgrads wird die Verwendung einer Hohlkernfaser
favorisiert.
Ergebnis
Durch eine Verlängerung des Resonators werden Repetitions-
raten um 10 MHz erreicht. Dabei werden die weiteren
Pulsparameter nicht beeinflusst.
Für einen Einzelpuls existieren in einer Faser Limits in Bezug
auf die maximal erreichbare Pulsspitzenleistung. Diese Limits
können unter Verwendung einer externen Nachverstärkung
nach dem Prinzip der Divided Pulse Amplification (DPA)
umgangen werden. Als Konzeptstudie wurde dies für eine
einstufige DPA demonstriert.
Anwendungsfelder
Die demonstrierten Parameter ermöglichen den effizienten
Einsatz in der Mikro- und Nanofertigung. Mit dem unter-
suchten Konzept kann die Repetitionsrate bei effizientem
Laserbetrieb an die jeweilige Anwendung angepasst werden.
Ansprechpartner
Patrick Baer M.Sc.
Telefon +49 241 8906-8251
Dipl.-Phys. Oliver Fitzau
Telefon +49 241 8906-442
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