Durchstimmbare Mikrokristall-Laser für die absolute Distanzinterferometrie

Ziel der vorliegenden Arbeit war die Entwicklung eines diodengepumpten, im sichtbaren Spektralbereich arbeitenden Festkörperlasers, der für den Einsatz in der absoluten Distanzinterferometrie mit variabler synthetischer Wellenlänge im single frequency Be trieb über einen möglichst weiten Bereich kontinuierlich durchgestimmt werden kann.

Zum Erreichen der gewünschten Zielspezifikationen war es erforderlich, systematisch die Eigenschaften aller Einzelkomponenten zu untersuchen und insbesondere sie bezüglich ihres Zusammenspiels beim Verstimmen des Lasers zu optimieren. Dabei ergab sich als optimale Variante ein Mikrokristall-Laser bestehend aus einem plan-plan Resonator, der durch einen Nd:YV04-Laserkristall und einen KTP-Kristall zur Frequenzkonversion in den sichtbaren Spektralbereich gebildet wird. In diesen Resonator wird zur Unterdrü ckung weiterer Laserübergänge ein geeignet dimensioniertes Etalon eingebracht. Der eigentliche single frequency Betrieb wird durch die Dimensionierung und die Anordnung des Laserkristalls im Resonator erreicht. Um die Eigenschaften des Gesamtsystems zu verstehen, ist der Resonator und sein Frequenzverhalten während des Durchstimmens unter Berücksichtigung thermischer Effekte modelliert worden. In den Experimenten konnte gezeigt werden, daß das Frequenz- und Leistungsverhalten beim Verstimmen des Lasers gut wiedergegeben wird. Mit diesen Kenntnissen ist ein Mikrokristall-Laser reali siert worden, der bei einer Wellenlänge von 532 nm kontinuierlich über einen Bereich von 240 GHz durchgestimmt werden konnte, wobei für diese Beschränkung lediglich der begrenzte Hub der verwendeten Aktoren verantwortlich war. Nicht-kontinuierlich wurde das System über 360 GHz verstimmt. Weitere Messungen zeigten, daß der Laser eine Kohärenzlänge von über 200 m hat und mit einer Ausgangsleistung des nahezu beu gungsbegrenzten Strahls von über 100 mW auch über ausreichend Leistung verfügt, um Messungen über große Distanzen durchführen zu können. Für eine Erprobung des Lasers in einem integriert optischen Interferometer wurde ein Gesamtsystem bestehend aus dem Mikrokristall-Laser und einer Jodzelle als Absolutreferenz aufgebaut, das es ermöglicht, vollautomatisch zwischen zwei frei wählbaren Absorptionslinien im Jod kontinuierlich durchzustimmen. Auf diese Linien kann der Laser auch stabilisiert werden, wobei bereits bei einer einfachen Stabilisierung auf die Flanke einer dopplerverbreiterten Linie eine
absolute Stabilität ßv/v < 10•8 über einen Zeitraum von einer knappen Stunde erzielt wurde. Bei Zeiten von wenigen Minuten liegt die Stabilität bei 1o•9. Das im Rahmen dieser Arbeit entwickelte Lasersystem ist kompakt und robust. Es stellt sowohl von seinen Strahleigenschaften als auch vom Durchstimmverhalten eine deutli che Erweiterung zu vorhandenen Systemen wie Diodenlasern mit externem Resonator dar. Insbesondere ist es für den Einsatz in der Meßtechnik geeignet, wenn variable syn thetische Wellenlängen generiert werden sollen.