Erforschung der physikalischen Grundlagen eines Fourier Domain Moden-gekoppelten (FDML) Lasers im Hinblick auf Feldeigenschaften und Kohärenz

• Antragsteller: Professor Dr. Robert Alexander Huber
• Fachliche Zuordnung: Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung von 2015 bis 2019
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 270871130

Die Fourier Domain Modenkopplung (FDML) in Lasern stellt einen neuartigen Betriebsmodus schnell abstimmbarer Dauerstrich Laser-Lichtquellen dar. In einem FDML-Laser wird durch eine km-lange Glasfaser im Laserresonator die Lichtumlaufzeit mit der Abstimmperiode eines schmalbandigen spektralen Filters synchronisiert. Daraus ergeben sich Abstimmbereiche von bis zu 200nm bei Zentral-Wellenlängen von 1000-1700nm, Linienbreiten von 10-100pm und Durchstimmraten von bis zu 5MHz. Die Anwendung von FDML-Lasern für die optische Kohärenztomographie (OCT) ermöglicht Rekord-Tiefenabtastraten von bis zu 20MHz bei guter Bildqualität. Aus Laser-physikalischer Sicht stellen FDML-Laser breitbandige Lichtquellen mit der einzigartigen Eigenschaft dar, dass sie prinzipiell einen sehr direkten Zugang zum elektrischen Lichtfeld in Echtzeit erlauben. Aufgrund ihres optischen Bandpassfilters mit etwa 20GHz spektraler Breite können keine schnelleren d.h. höherfrequenten Amplituden- und Phasenfluktuationen auftreten. Daher ist Kern aller Experimente in diesem Forschungsantrag die direkte elektronische Messung des FDML-Wellenzuges mit einer höheren elektronischen Bandbreite als die instantane optische Bandbreite des Lichtfeldes, das heißt, eine Messung mit einer Detektion die schnell genug ist, um alle Phasen- und Amplituden-Änderungen des Lichtfeldes zu verfolgen. Dadurch sollen derzeit offene Fragen geklärt werden, z.B. (a) wie gut das optische Frequenzkamm-Spektrum eines FDML-Lasers ausgeprägt ist, (b) ob sich der sehr energiereiche Frequenzdurchlauf eines FDML-Lasers, welcher äquivalent zu einem hoch dispersiven Laserpuls ist, zu einem Femtosekundenpuls komprimieren ließe, (c) wie schmal die derzeit nicht mehr messbare instantane Linienbreite ist und (d) welche physikalischen Effekte derzeit noch einen störenden Einfluss auf das Feld eines FDML-Lasers haben?

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Großgeräte: Echtzeit Speicheroszilloskop 25GHz
• Gerätegruppe: 6840 Elektronenröhren, Mikrowellen-Generatorröhren