01 Jul

Feststofflaser: Vergleich der maximalen Ausgangsleistung mit einer gaußförmigen Intensität

Sailing laser

VorgangTEM-ModeErfolgskriterium
Maximierung der Ausgangsleistung durch Verrückungen in Richtung der StrahlachseTEM01maximale Ausgangsleistung des Lasers
Einstellung einer Gaußförmigen Intensität durch Verdrehung des ResonatorsTEM00gaußförmige Intensität

Im ersten Vorgang wird die Ausgangsleistung durch eine Verrückung der Komponenten in Stabrichtung maximiert. Hier stellt sich eine maximale Ausgangsleistung von 61,2mW mit einem TEM01  ein. Im nicht-kalibrierten Ausgangszustand hat der Nd:YAG-Festkörperlaser den TEM-Mode „01“, von diesem Zustand lassen sich Rückschlüsse auf die Polarisation des Laserstrahls schließen: Es stellt sich ein Knotenpunkt in vertikaler Richtung ein. Das bedeutet, dass bei dem verwendeten konfokalen Spiegel, die Strahlung nicht parallel zur optischen Achse reflektiert wird, sondern mit einem spitzen Winkel in den Kristall eintritt. Die Wellen werden über den konfokalen Spiegel doppelt abgelenkt, es entsteht eine Interferenz zwischen den Wellenanteilen nach Eintritt in den Komulator. Es kommt zu elektrischen und magnetischen Komponenten der Welle in Richtung der Ausbreitung. Bei paralleler Spiegelung liegen die Phasen der elektro-magnetischen Wellenanteile senkrecht zur Ausbreitungsrichtung (Lehrstuhl für photonische Technologien, 2018). Die Interferenz bewirkt eine Potenzialänderung der einzelnen Wellenanteile, es kommt zur Überschneidung: Die Anteile wechselwirken einander.

 

TEMmn

Intensitätsverteilung für einen Resonator mit rechteckigen Spiegeln

In einem Teil der Ausbreitungsrichtung beträgt der Gangunterschied der Welle ein vielfaches der halben Wellenlänge. Es kommt zu einer gegenphasigen Überlagerung. Aufgrund der Phasendifferenz kommt ein Wellenberg auf ein Wellental und umgekehrt. Die Anteile löschen das Potenzial der Welle gegenseitig aus. Es entsteht ein Knotenpunkt. Die Polarisation in Ausbreitungsrichtung ist null, dadurch hat der Laser in diesem Bereich kein Potenzial. Das gesamte Potenzial sinkt durch die Überlagerung der Wellen, es entsteht eine negative Interferenz. Die Leistung hängt demnach von der Ausrichtung der einzelnen Wellenanteile ab. Wellenanteile addieren sich oder heben das gegenseitige Potenzial auf. Je nach Wellenausbreitungsrichtung kann sich die Interferenz positiv oder negativ auf die Ausgangsleistung P des Lasers auswirken.

Im zweiten Vorgang wird der Resonator parallel zur optischen Mittelachse gestellt, es entsteht ein Gaußprofil. Die Ausgangsleistung steigt bei diesem Vorgang um 7,02% auf 65,5mW an. Es kommt zu keiner sichtbaren Interferenz zwischen den Wellenanteilen, da der Eingang des Pulses und die Spiegelung kohärent zueinander gestellt wurden. Durch das senkrechte Auftreffen der Wellen auf den Resonator, bleiben die elektromagnetischen Anteile der Welle in senkrechter Ausrichtung zur Ausbreitungsrichtung. Das Potenzial setzt sich nun aus der Summe der elektrischen und magnetischen Wellenanteile zusammen. Die Interferenz im TEM01  hat sich daher negativ auf das Potenzial ausgewirkt. Es wurden mehr Wellenanteile durch Interferenz abgeschwächt, als angeregt.

Das Potenzial berechnet sich aus dem Integral der Strahlung über die Fläche des Strahlenpotenzial-Messgerätes. Die Bündelung des Laserstrahls ist daher nicht vom Potenzial abhängig. Die maximale Ausgangsleistung hängt nicht nur von der optimalen Ausrichtung der Optik ab. Auch der konfokale Resonator trägt maßgeblich zur Intensitätssteigerung bei.