Cuvillier, E Experimentelle Realisierung von neuen Konzepten für Hochleistungs-Nd:YVO4-Laser bei 1342 nm

Inhalt dieser Arbeit ist die Entwicklung und Charakterisierung von leistungsstarken kontinuierlich emittierenden, Nanosekunden- und Pikosekunden-1342 nm-Lasern, basierend auf dem Festkörpermaterial Nd:YVO4. Für solche kompakte und effiziente Diodenlaser-gepumpte Festkörperlaser bei 1342 nm finden sich eine Vielzahl von Anwendungen, wie zum Beispiel in der Faseroptik oder in der Medizin. Vor allem die zweite und dritte Harmonische der 1342 nm-Strahlung, die bei 671 nm und 447 nm und damit im roten und blauen Spektralbereich liegen, eröffnen weitere grosse Anwendungsfelder, speziell für Wellenlängen-sensitive Prozesse im Sichtbaren. Für die Erzeugung der 1342 nm-Laserstrahlung wird der 4F3/2  4I13/2-Übergang in Nd:YVO4 ausgenutzt. Dieser weist einen geringeren Wirkungsquerschnitt für die stimulierte Emission auf als der stärkste Übergang bei einer Wellenlänge von 1064 nm. Die Ausgangsleistung von 1342 nm-Lasern war bisher durch den sehr hohen Wärmeeintrag bei 1342 nm-Emission in den Laserkristall begrenzt. Aufgrund des hohen Quantendefekts und der zusätzlich auftretenden excited state absorption tragen 40 % der absorbierten Pumpleistung direkt zur Erwärmung des Kristalls bei. Dies führt zu sehr starken thermisch induzierten Linsen und im Extremfall zur Zerstörung des Laserkristalls. Durch die optische Anregung bei 888 nm und das Verwenden eines niedrig-dotierten 30 mm-langen Nd:YVO4-Kristalls kann die Wärmelast auf ein grosses Volumen verteilt werden. Dadurch wird die Verwendung hoher Pumpleistungen von bis zu 110 W ohne Zerstörung des Kristalls möglich und die thermisch induzierte Linse wird erheblich reduziert. Durch eine numerische Simulation der thermo-optischen und thermo-mechanischen Eigenschaften des Laserkristalls und die experimentelle Bestimmung der Brennweite der thermischen Linsen ist es möglich einen Resonator zu entwickeln, der stabilen modenangepassten Laserbetrieb erlaubt. Mit Hilfe dieses Pumpkonzepts kann ein Laser realisiert werden, der kontinuierl