@phdthesis{Straesser2007,
  author    = {Str{\"a}ßer, Alexander},
  title     = {Neue Prinzipien zur Realisierung von gepulsten, frequenzstabilisierten Lasern mit hoher mittlerer Leistung und exzellenter Strahlqualit{\"a}t},
  url       = {http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:kobv:517-opus-17496},
  school      = {Universit{\"a}t Potsdam},
  year      = {2007},
  abstract  = {Wasserdampf in der Stratosph{\"a}re und Troposph{\"a}re ist eines der wichtigsten atmosph{\"a}rischen Treibhausgase. Neben seiner Bedeutung f{\"u}r das Klima hat es großen Einfluss auf die Bildung von polaren stratosph{\"a}rischen Wolken sowie auf die atmosph{\"a}rische Chemie. Weltweit erstmalig soll innerhalb eines Forscherverbundes in Deutschland ein leistungsstarkes, mobiles, abtastendes Wasserdampf-DIAL zur dreidimensional hochaufgel{\"o}sten Messung des atmosph{\"a}rischen Wasserdampfs entwickelt werden. Mit dem Wasserdampf-DIAL k{\"o}nnen Wasserdampfkonzentrationen in der Atmosph{\"a}re mit hoher zeitlicher und r{\"a}umlicher Aufl{\"o}sung gemessen werden. Das DIAL basiert auf einem Titan-Saphir-Laser oder einem dazu alternativen OPO-Laser (optisch parametrischer Oszillator). Der f{\"u}r das optische Pumpen dieser Laser n{\"o}tige Pumplaser wurde im Rahmen dieser Arbeit in der Arbeitsgruppe Nichtlineare Optik des Instituts f{\"u}r Physik der Universit{\"a}t Potsdam entwickelt. Ein hochaufl{\"o}sendes, mobiles DIAL erfordert einen Pumplaser mit großen Pulsenergien, guter Strahlqualit{\"a}t und einer hohen Effizienz. Um diese Ziele zu erreichen, wurde ein MOPA-System (Master Oscillator Power Amplifier) mit Frequenzstabilisierung auf der Basis von doppelbrechungskompensierten, transversal diodengepumpten Laserst{\"a}ben entwickelt und untersucht. Auf dem Weg dahin wurden unterschiedliche Realisierungsm{\"o}glichkeiten des MOPA-Systems gepr{\"u}ft. Im Rahmen dessen wurden die Festk{\"o}rperlasermaterialien Yb:YAG [1], kerndotierte Nd:YAG-Keramik [2] und herk{\"o}mmliches Nd:YAG vorgestellt und hinsichtlich ihrer Eignung f{\"u}r dieses MOPA-System untersucht. Nachdem die Entscheidung f{\"u}r Nd:YAG als laseraktives Material gefallen war, konnte darauf aufbauend die Konzeptionierung des Lasersystems auf der Basis von Verst{\"a}rkungsrechnungen vorgenommen werden. Die entwickelte Verst{\"a}rkungsrechnung tr{\"a}gt den Tatbest{\"a}nden von realen Systemen Rechnung, indem radiusabh{\"a}ngige Intensit{\"a}ten und eine radiale, nicht homogene Inversionsdichte ber{\"u}cksichtigt werden. Die Frequenzstabilisierung des gepulsten Oszillators (Frequenzstabilit{\"a}t von 1 MHz) wurde mittels des Pound-Drever-Hall-Verfahrens vorgenommen. Mit der Heterodynmethode wird die Frequenzstabilit{\"a}t des Oszillators gemessen. Nach Untersuchungen {\"u}ber verschiedene Konfigurationen f{\"u}r lineare und ringf{\"o}rmige Oszillatoren, wurde ein Ringoszillator mit zwei Laserk{\"o}pfen aufgebaut, in welchen von außen mit einem Laser fester Frequenz eingestrahlt wird. Dieser emittiert bei einer Wiederholrate von 400 Hz eine Pulsenergie von Eout = 21 mJ bei nahezu beugungsbegrenzter Strahlqualit{\"a}t (M2 < 1,2). Die Verst{\"a}rkung dieser Laserpulse erfolgte zun{\"a}chst durch eine Vorverst{\"a}rkerstufe und anschließend durch zwei doppelbrechungskompensierte Hauptverst{\"a}rker im Doppeldurchgang. Eine gute Strahlqualit{\"a}t (M2 = 1,75) konnte unter anderem erzielt werden, indem der Doppeldurchgang durch die Hauptverst{\"a}rker mit einem phasenkonjugierenden Spiegel (SF6), auf der Basis der stimulierten Brillouin Streuung, realisiert wurde. Der entwickelte Laser emittiert Pulse mit einer L{\"a}nge von 25 ns und einer Energie von 250 mJ. Insgesamt wurde ein bisher einmaliges Lasersystem entwickelt. In der Literatur sind die erreichte Frequenzstabilit{\"a}t, Strahlqualit{\"a}t und Leistung in dieser Kombination bisher nicht dokumentiert. In der Zukunft soll durch den Einsatz von kerndotierten, keramischen Lasermaterialien, h{\"o}heren Pumpleistungen der Hauptverst{\"a}rker und phasenkonjugierenden Spiegeln aus Quarz die Pulsenergie des Systems weiter erh{\"o}ht werden. [1] M. Ostermeyer, A. Straesser, "Theoretical investigation of Yb:YAG as laser material for nanosecond pulse emission with large energies in the joule range", Optics Communications, Vol. 274, pp. 422-428 (2007) [2] A. Str{\"a}ßer and M. Ostermeyer, "Improving the brightness of side pumped power amplifiers by using core doped ceramic rods", Optics Express, Vol. 14, pp. 6687- 6693 (2006)},
  language  = {de}
}