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Anwendungen eines 10 GHz Femtosekunden-Doppellasersystems in der Zeitbereichsspektroskopie und Terahertz-Frequenzmetrologie

Kliebisch, Oliver - Universität Konstanz (2017)


In dieser Arbeit wird das Anwendungspotential eines Femtosekunden-Doppellasersystems mit 10 GHz Impulswiederholrate evaluiert. Die sehr hohe Impulswiederholrate eröffnet neue Anwendungsmöglichkeiten und Verbesserungen hinsichtlich der Messgeschwindigkeit verglichen mit bisherigen Implementationen bei niedrigen Impulswiederholraten. Das System basiert auf zwei Titan:Saphir-Oszillatoren, deren Impulswiederholraten absolut und relativ zueinander stabilisiert werden können. Dies ermöglicht die Implementierung der asynchronen optischen Abtastmesstechnik (engl. asynchronous optical sampling, ASOPS) mit Scangeschwindigkeiten im Bereich von 100 kHz. Das Doppellasersystem, seine Weiterentwicklung und verbesserte Implementation, das Stabilisierungsschema sowie die Grenzen des implementierten Systems werden eingehend beschrieben.

Davon ausgehend wird die ASOPS-Messtechnik verwendet, um in einem Anrege-Abfrage-Schema die longitudinalen akustischen Phononmoden einer Mikrokavität zu messen und resonant anzuregen. Ein Aufbau zur Terahertz-Zeitbereichsspektroskopie wird verwendet, um das Absorptionsverhalten von Gasen im Terahertz-Bereich zu vermessen und den Kompromiss der reduzierten spektralen Auflösung gegenüber einer gesteigerten Messgeschwindigkeit zu untersuchen. Das hier zum Tragen kommende elektro-optische Abtasten wird mit einer verallgemeinerten ASOPS-Variante kombiniert, um die Frequenz eines aktiv modengekoppelten Terahertz-Quantenkaskadenlasers zu vermessen und zu stabilisieren.

Dieses Verfahren ermöglicht die phasenstarre Kopplung des Quantenkaskadenlasers auf die Stabilität der Impulswiederholrate der Titan:Saphir-Oszillatoren. Die absolute Frequenzmessung wird verifiziert durch die hochpräzise Spektroskopie in gasförmigem Methanol. Die hohe Impulswiederholrate ermöglicht die direkte räumliche Auflösung der diskreten spektralen Komponenten der Titan:Saphir-Oszillatoren. Durch Amplituden- und Phasenmodulation des Laserspektrums können frei formbare Pulszüge synthetisiert werden. Dies wird in ersten Experimenten zur Repetitionsratenmultiplikation gezeigt.


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