Techniklexikon

durchstimmbarer Laser

Laserphysik und -technik, abstimmbarer Laser, ein Laser, dessen Wellenlänge innerhalb eines bestimmten Bereichs weitgehend kontinuierlich variiert werden kann und der besonders in der Spektroskopie Anwendung findet. Durchstimmbare Laser zeichnen sich durch eine breite, im wesentlichen homogen verbreiterte Verstärkungskurve aus und liefern Strahlung sowohl kontinuierlich als auch im Pulsbetrieb mit Pulsdauern bis in den ps-Bereich. Durchstimmbare Laser der verschiedenen Typen überdecken insgesamt einen Spektralbereich von 100 nm bis 32 mm. Der Wellenlängenbereich, in dem ein durchstimmbarer Laser emittiert, wird durch das Verstärkungsprofil des Lasermediums und durch den Resonator des Lasers bestimmt. Soll nur Licht eines schmalen Frequenzbereichs erzeugt werden, so muss man demnach entweder das Verstärkungsprofil oder die optischen Eigenschaften des Resonators entsprechend verändern. In den meisten Fällen (z.B. bei Farbstofflasern) kommt die zweite Methode zum Einsatz. Dabei erreicht man die Wellenlängenselektion, indem im Resonator ein drehbares Gitter oder Etalon angebracht (oder die Resonatorlänge variiert) wird (Abb.). Dadurch kann nur Licht eines schmalen Frequenzbereichs zurück in den Resonator reflektiert werden und zur induzierten Emission beitragen. Licht anderer Wellenlängen wird aus dem Resonator hinausreflektiert. Durch Drehen von Gitter oder Etalon kommen nacheinander verschiedene Frequenzen zur Rückkopplung, und die Farbe des Laserlichts kann durchgestimmt werden.

Der überstreichbare Wellenlängenbereich eines solchen resonator-durchgestimmten Lasers wird durch die Breite des Verstärkungsprofils des Mediums begrenzt. Um grössere Bereiche durchstimmen zu können, muss auch das Verstärkungsprofil zu anderen Wellenlängen verschoben werden. Diodenlaser haben beispielsweise bei tieferen Temperaturen kürzere Emissionswellenlängen, weil sich mit der Temperatur auch die Energieniveaus im aktiven Medium verschieben. Die Durchstimmung mittels Veränderung des Verstärkungsprofils hat allerdings den Nachteil, dass sie Modensprünge begünstigt, weil sich das Maximum des Verstärkungsprofils von einer Resonatormode zur nächsten verschiebt. Will man einen Diodenlaser im Single-Mode-Betrieb kontinuierlich durchstimmen, so muss man diese Modensprünge unterdrücken. Das lässt sich erreichen, indem man Lasermedium und Laserresonator gleichzeitig in der Frequenz so verschiebt, dass immer dieselbe Resonatormode im Maximum des Profils liegt.

Zu den durchstimmbaren Lasern zählen neben den Diodenlasern: Farbstofflaser, Excimerlaser, vibronische Festkörperlaser, Spin-Flip-Raman-Laser und Farbzentrenlaser. [PVDH]

durchstimmbarer Laser: Prinzip der Abstimmung eines Farbstofflasers.