Techniklexikon

Femtosekundenlaser

Laserphysik und -technik, Pikosekundenlaser, Pulslaser zur Erzeugung kürzester Pulse mit Pulsdauern im Bereich von wenigen Femtosekunden. Bereits wenige Jahre nach der Realisierung des ersten Rubinlasers wurden die ersten Pikosekunden-Pulse durch Modenkopplung (englisch mode locking) erzeugt (Mocker und Collins, 1965). Inzwischen ist die Entwicklung so weit, dass die Pulsdauern durch die Laserbandbreite nach der Unschärferelation begrenzt sind. Die heute erreichbaren Pulsdauern entsprechen nur noch wenigen Photonenumläufen im Resonator; z.B. besteht das Wellenpaket eines solchen Pulses bei l = 600 nm nur noch aus fünf Schwingungsperioden.

Die Erzeugung ultrakurzer Pulse ist durch Modensynchronisation oder Modenkopplung realisierbar. Hierzu benötigt man ein Lasermedium mit einer realativ grossen Bandbreite des Laserübergangs, so dass mehrere Resonatormoden gleichzeitig anschwingen können. Haben diese Moden eine konstante Phasenbeziehung zueinander, spricht man von Modenkopplung. Um die konstante Phasenbeziehung zwischen den Resonatormoden herzustellen, gibt es drei Methoden: die passive Modenkopplung, bei der im System selbst eine Modenkopplung vorgegeben wird, die aktive Modenkopplung, bei der die Modenkopplung durch einen externen Modulator aufgezwungen wird, und schliesslich das synchrone Pumpen, bei dem anstatt der Verluste die Verstärkung moduliert wird. Die Femtosekunden-Laserspektroskopie wird in der Physik, Chemie und auch Mikrobiologie eingesetzt, um extrem schnell ablaufende Vorgänge zu untersuchen, die mit längeren Pulsen (Pikosekunden-Laserspektroskopie) zeitlich nicht aufzulösen sind.