Der Ultrakurzpulslaser PHaser
Der Ultrakurzpulslaser PHaser
Der PHaser (Phase-stabilized Heine Laser) ist das Lasersystem unserer Arbeitsgruppe, das für alle Experimente verwendet wird. Der Grundaufbau stammt von der Firma Femtolasers und wurde von uns für unsere Zwecke optimiert.
Unsere Laserpulse werden in einem Oszillator (FEMTOSOURCETM rainbowTM) generiert, der von einem Nd:YAG-Laser gepumpt wird. Für den folgenden Verstärkungsprozess werden die Pulse zeitlich verlängert, damit die Leistung hinreichend klein bleibt. Dann durchlaufen sie den Verstärker FEMTOPOWERTM HE CEP und werden an dessen Ende wieder verkürzt. Die Pulse haben an dieser Stelle eine Pulslänge von 25 fs bei einer Energie von maximal 3,3 mJ. Diese Pulse können für Experimente genutzt werden, im Betriebsmodus mit „langen Pulsen".
Um noch deutlich kürzere Lichtpulse zu erhalten, werden sie durch eine Neon-gefüllte Hohlfaser geführt, in der sie spektral verbreitert werden. Dies erlaubt es uns schließlich, die Lichtpulse mittels spezieller „gechirpter“ Spiegel auf weit unter 10 fs zu verkürzen, bei einer Pulsenergie von immer noch 1 mJ. Das ist unser „Kurzpuls-Betriebsmodus“, in dem das elektromagnetische Lichtfeld nur einige wenige Schwingungen ausführt ("few-cycle pulses"). Von hier an werden die Laserpulse im Vakuum geführt und können für Experimente in den drei Versuchskammern genutzt werden.
Der Laser kann in zwei Betriebsmoden verwendet werden:
| kurze Pulse | lange Pulse | |||
| Parameter: | Pulsdauer: | < 7 fs | oder | 25 fs |
| Pulsenergie: | 1 mJ | oder | 3,3 mJ | |
| Wellenlänge: | 800 ± 150 nm | oder | 800 ± 25 nm | |
| Wiederholrate: | 1 Hz - 1 kHz (also 1 bis 1000 Pulse pro Sekunde) | |||
| oder | ein oder mehrere einzelne Pulse | |||
Die Besonderheit unserer Laserpulse ist die CEP-Stabilisierung, durch die die Phase zwischen der Einhüllenden und der Trägerwelle fest eingestellt und auch gezielt variiert werden kann. Diese Stabilisierung wird zuerst mit dem CEP4TM-Modul nach dem Oszillator eingestellt. Ein Piezokristall im Strecker, der durch ein Signal aus dem „f-to-2f Interferometer“ am Ende des Verstärkungsprozesses gesteuert wird, sorgt dann dafür, dass das gesamte System CEP-stabilisiert ist.
Die verschiedenen Parameter der Lichtpulse werden mit aufwändiger – zum Teil selbst entwickelter – Diagnostik präzise charakterisiert, z.B.
- Zeitliche Pulsform und –dauer: SPIDER
- Bandbreite und Spektrum
- Pulsenergie
- Räumliches Strahlprofil
- Kontrastniveau, Vor- und Nachpulse: Auitokorrelator 3. Ordnung
- Amplitudenfrontschiefstellung und Winkelchirp: SRI und invertierender Feldautokorrelator