Projekte

Zur Erzeugung hochenergetischer ultrakurzer Laserpulse mit Pulsdauer von einigen Femtosekunden und Pulsenergie von mehreren Millijoule kommen häufig optisch-parametrische Chirped-Puls Verstärker (OPCPA) zum Einsatz. Bei diesem Verstärkungsprinzip wird der niederenergetische, zeitlich gestreckte Seed-Laserpuls in einem optischen Kristall mit einem hochenergetischen Pump-Laserpuls überlagert. Durch nichtlineare Wechselwirkung zwischen den beide Pulsen wird dabei Energie vom Pump-Puls in den Seed-Puls übertragen. Für einen effektiven und stabilen Energietransfer müssen beide Laserpulse bei Überlagerung eine möglichst ähnliche Pulslänge (typisch im Bereich einiger Pikosekunden) aufweisen und sich in dem optischen Kristall zur selben Zeit am Ort der Überlagerung befinden.

In der Praxis kommt es durch Temperatur bedingte Längenänderungen oder Vibrationen in den mechanischen Bauteilen oder durch Änderung von Lufttemperatur/-Druck oder -Feuchte zu zeitlichen Verschiebungen zwischen den Pulsen, was Fluktuationen in der Verstärkungseffizienz zur Folge hat.

Im Rahmen diese Projekts wurde eine Anordnung zur Kompensation der zeitlichen Schwankungen realisiert. Dabei wurde ein geeigneter PSD-Detektor zur Positionsbestimmung von ultrakurzen Laserpulsen entwickelt, sowie eine FPGA-SoC basierte Regelelektronik.

Das System zeichnet sich durch die Fähigkeit zur Einzelpulsdetektion in einem weiten Pulsfrequenzbereich bis bis zur einigen 100 kHz und einem hohen Signal-Rausch-Verhältnis für die Zeitabweichung von ca. 80 dB aus. In einer beispielhaften Anwendung konnte mit diesem System der zeitliche Drift zwischen Pump- und Seed-Puls über Stunden kompensiert werden, bei einem verbleibenden Jitter von etwa 3 fs.