Aufbau und Charakterisierung eines Faserverstärkers

• Versuchsbeginn: 9:00 Uhr
• Versuchsstandort: S2|15 Raum 127
• Betreuer: Daniel Kiefer

Übersicht

Diodenlaser werden aufgrund ihrer niedrigen Produktionskosten, hohen Effizienz und geringen geometrischen Größe in weiten Teilen der Wissenschaft und Industrie genutzt.

Zur Verbesserung der spektralen Eigenschaften werden Diodenlaser oft in einem weiteren externen Resonator verbaut (external cavity diode laser, ECDL). Diese Laserbauweise kann in vielen Anwendungen der Modernen Physik verwendet werden z.B. bei Spektroskopie, Laserkühlung, magneto-optischer Falle, LIDAR, Quantenkryptographie und Quantenkohärenzexperimenten.

Da die Ausgangsleistung von monomodigen Diodenlasern beschränkt ist, werden zur Verstärkung des kohärenten Lichtes optische Verstärker genutzt.

Faserverstärker bieten in diesem Zusammenhang große Verstärkungswerte, hohe Effizienzen und exzellente Strahlprofile. Diese Form des optischen Verstärkers eignet sich sowohl bei Anwendungen mit hohen Ansprüchen an die spektralen Eigenschaften als auch bei industriellen Anwendungen mit großem Leistungsbedarf.

Ziel des Versuches ist es, grundlegende Größen und Vorgehensweisen im modernen optischen Labor kennen zu lernen. Sie erlernen nicht nur den Umgang mit einer Vielzahl an optischen Instrumenten, sondern arbeiten auch direkt mit verschiedenen Diodenlasern. Die Funktionsweise eines Diodenlasers mit externem Resonator, der auf verschiedenen Wegen stabilisiert wird, wird ebenso besprochen, wie der Unterschied zu gewöhnlichen Diodenlasern. Beide Laserarten werden direkt im Versuch angewendet und durch verschiedene Parameter verändert.

Weiter wird ein typischer Aufbau eines Faserverstärkers kennen gelernt und Anhand verschiedener Messungen charakterisiert.

Parallel zu den Messungen werden die Grenzen verschiedener Messverfahren und Geräte erläutert, sodass die Studierenden ein Gefühl dafür entwickeln, welche Größenordnungen für welche physikalische Einheit realistisch sind. So werden Auflösungsgrenzen für Gitterspektrometer und Fabry-Perot-Interferometer, Sättigungsgrenzen für Photodioden, Leistungsgrenzen für Leistungssensoren und Zerstörungsschwellen für Verstärkerfasern diskutiert.

Während die Grenzen der Geräte besprochen werden, wird auch die Funktionsweise vieler in der Optik gebräuchlicher Geräte diskutiert. Beispiele hierfür sind Laser, Faserverstärker, Photodioden, Spektrometer, Fabry-Perot-Interferometer und Oszilloskope.

Literatur

• Versuchsanleitung
• L. Ricci, M. Weidemüller, T. Esslinger, A. Hemmerich, C. Zimmermann, V. Vuletic, W. König, T.W. Hänsch, A compact grating-stabilized diode laser system for atomic physics, Optics Communications, Volume 117, Issue 5, 1995, Pages 541-549.
• J. Limpert, F. Roser, S. Klingebiel, T. Schreiber, C. Wirth, T. Peschel, R. Eberhardt und A. Tunnermann. The Rising Power of Fiber Lasers and Amplifiers. IEEE Journal of Selected Topics in Quantum Electronics 13 (2007), 537–545.
• D. Meschede, Optik, Licht und Laser, 3.Auflage(2005), Teubner Verlag
• W. Demtröder, Laserspektroskopie Grundlagen und Techniken, 5.Auflage(2007), Springer Verlag
• V. Ter-Mikirtychev, Fundamentals of Fiber Lasers and Fiber Amplifiers, 1.Auflage (2014), Springer Verlag