Passive Modenkopplung durch sättigbare Absorber

Nullmenge · Anmeldungsdatum: 23.04.2008 Beiträge: 23

Hallo

Nun, ich muss unter anderem die passive Modenkopplung mittels sättigbarem Absorber erklären. Unteranderm soll die zeitliche Entwicklung betrachtet werde.
Habe hier die Bilder im Rullière gefunden, nur bin ich noch ein wenig unsicher was das Verständnis betrifft.

Sind folgende Geanken von mir richtig?

1. Verwendet man bei passive Modenkopplungen mittels sättigbaren Absorber immer Verstärker?

2. Welche Medien werden denn als Verstärker verwendet? Es muss ja, so denke ich, ein Medium sein was Energieniveaus hat. Demnach muss dieses Medium durch externe Energie angeregt sein. Damit der Puls, der den Verstärker durchläuft, diese Energie aufnehmen kann.

3. Der nutzen des Verstärkes müsste ja darin liegen, dass die vordere Flanke verstärkt wird. Da die Vorderflanke die Besetzungsinversion des Verstärkers schon abgeräumt hat, wird die hintere Flanke des Pulses nicht verstärkt, richtig?

4. Kann es sein, dass bei solchen Lasersystemen wie Farbstofflaser oder Ti:Saphir der Farbstoff bzw. Ti:Saphir sättigender Absorber und Verstärker zugleich sind? Wenn ja, dass ist so eine vVermutung von mir, dann stelle ich mir den Ablauf wie folgt vor:
Tritt der Lichtstrahl in den Kristall, so regt die vorderflanke des Lichtes die Energieniveaus des Kristalls an. Der Kritall wird transparant. Damit kann der restliche Puls hindurch laufen. Dabei, während er durch das Medium propagiert, leeren sich die oberen Energieniveuas des Kristalls wieder. Und dabei nimmt der propagierende Puls diese Energie auf, wird also Verstärkt.
Nur ist das wirklich so realisierbar? Da es ja doch innerhalb eines sehr kurzen Zeitraum passieren muss.

Ich hoffe ihr könnte meinen Gedankengängen folgen, wenn nicht, dann bitte bescheid geben smile

Grüße Nullmenge smile

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Hilft dir folgendes schon mal?

* Einen Verstärker gibt es ja in jedem Laser, sonst wäre es kein Laser.

* Ich finde, das Funktionsprinzip kann man sich am einfachsten klarmachen, wenn man sättigbaren Absorber und den Verstärker räumlich trennt, so wie in den Skizzen gezeigt.

Der sättigbare Absorber schluckt Licht, so lange er schlucken kann, und macht damit den Puls schmaler, weil er die vordere Flanke wegschluckt.

Der Verstärker ist einfach nur ein ganz normaler Verstärker und verstärkt alles, was in ihn reinkommt.

Und das zusammen ist schon direkt die passive Modenkopplung durch sättigbaren Absorber, und macht schön verkürzte Pulse.

Nullmenge · Anmeldungsdatum: 23.04.2008 Beiträge: 23

Dann bitte noch zwei Fragen.

Ist es richtig, dass die sättigung und verstärkung alles im aktiven Medium im Resonator (zb Farbstoff, Ti:Saphir) stattfindet? Oder ist die eigentliche Verstärkung die hin- und herreflexion an den Spiegeln?

Und wie kommt eigentlich die Modenkopplung (bei passiv) zustande?
Bei der aktiven habe ich es ja mittlerweile verstanden. Da betrachtet man sich die Amplitudenmodulation im Frequenzraum. Es werden Seitenbänder durch zb Ultraschallwellen erzeugt die einen festen Abstand zu den Resonanzfrequenzen herstellen. Damit sind die Moden gekoppelt.
Aber wie kann man beim passiven Zustand, was ja im Zeitraum betrachtet wird, sich das nochmals klar machen? Irgendwie kann ich mir das immer noch nicht wirklich bildlich vorstellen.
Ich weiß zwar, dass durch den sättigbaren Absorber das Medium für die hohe Pulsintensität transparent wird. Aber was bzw. wo ist da eine Kopplung?

Grüße Nullmenge smile

und nochmals vielen dank für die Geduld die du für mich hast smile

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Die Verstärkung findet selbstverständlich im laseraktiven Material statt, also beim Ti:Sa im Ti:Sa-Kristall.

Den sättigbaren Absorber würde ich extra irgendwoanders in den Resonator stellen.

Der schluckt alle Moden, die zur vorderen Flanke beitragen. Und lässt nur die Moden übrig, die mit zum scharfen Peak (siehe Skizze) [oder zum hinteren Teil des Pulses] beitragen.

kraemmchen · Anmeldungsdatum: 30.10.2008 Beiträge: 26

Ich les auch gerad den Rulliere, weil ich das selbe Vortragsthema hab :-)

Bei der passiven Modenkopplung schreibt der Rulliere ja hauptsächlich im Zeitbild.... Ich glaub, dadurch, dass der sättigbare Absorber schwache Pulse sowieso nicht durchlässt (da er durch schwache Pulse nicht gesättigt wird) und bei intensiven Pulse die Vorderflanke reicht, um ihn zu sättigen.
sind praktisch die Moden gekoppelt, weil dieser intensive Puls ist nur entstanden, weil zufällig viele Moden die richtige Phasenbeziehung hatte. Alle ungekoppelten Moden (also die schwachen Pulse) werden ja nicht durchgelassen. Dadurch sind im Frequenzraum die Moden gekopplet worden....weil nicht gekoppelte Moden eliminiert worden.

Alles Gute
Kraemmchen

Nullmenge · Anmeldungsdatum: 23.04.2008 Beiträge: 23

@kraemmchen deine argumentation finde ich nicht schlecht. Ehrlich.
Ja genau hast wohl recht, die schwächeren Konkurrenten werden ausgeschaltet und ein Intensiver Puls entsteht ja durch die Addition vieler Moden. Und nur die Moden tragen zum Laserpuls bei, dessen Amplituden zum gleichen Zeitpunkt ihr Maximum haben.

Aber eins beschäftigt mich immer noch. In diesem Rullière befinden sich doch diese beiden Bilder, wie ich schon oben angehängt habe, die die sättigung des Absorber und damit Formung der Pulsfront beschreiben und die Verstärkung des Zentrum des Pulses bzw. abschwächung der hinteren Flanke.

Aber wie kommt die Verstärkung zustande? Der sättigende Asorber gibt ja schnell wieder seine Energie ab, die er durch die Pulsflanke erhalten hatte. Ist das die Energie die zur Verstärkung des Pulszentrum beiträgt?

Oder muss ich wirklich noch ein weiteres Medium im Resonator vorstellen das den Puls verstärkt? Wenn ja, welches?

Grüße Nullmenge

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Nullmenge · Anmeldungsdatum: 23.04.2008 Beiträge: 23

Und dieses aktive Medium was für die Verstärkung des Pulses sorgt wird ja dann wohl zum Beispiel durch einen weiteren Laser angeregt.
Und ist es dann richtig, dass durch das zurückfallen der angeregten Atome vom höheren Niveau in den Grundzustand diese Energie zur Verstärkung des Pulses beiträgt?
Wobei ja dann, sollte ich recht habe, vermutlich die Energieabgabe sehr schnell von statten laufen muss. Damit die hintere Pulsflanke nicht verstärkt wird. Die muss ja abgeschwächt werden.

Stimmt das so? Ist die stimulierte Emission der Beitrag der zur Verstärkung führt?

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ja, genau.

Das mit der stimulierten Emission im laseraktiven Medium, dessen Atome von einer Energiequelle in den oberen Zustand gehoben werden, ist aber nix spezielles zum Thema sättigbarer Absorber, sondern das sind die allergrundlegendsten Lasereigenschaften.

Jeder Laser hat ein laseraktives Medium, eine Energiepumpe dafür, und einen Resonator zum Beispiel mit Spiegeln, die dem stimuliert emittierten Licht eine Vorzugsrichtung geben. Sonst wäre er ja kein Laser.

Die Energiepumpe, die die Atome des laseraktiven Mediums in den oberen Zustand hebt, muss übrigens kein weiterer Laser sein, sondern kann auch etwas anderes sein, zum Beispiel eine Blitzlampe, eine Gasentladung, ... ,

kraemmchen · Anmeldungsdatum: 30.10.2008 Beiträge: 26

Ich wollte nochmal anmerken, dass man ja eigentlich denken könnte:
dass der sättigbare Absorber aus dem gleichen Material sein müsste, wie das aktive Medium. Da der sättigbare Absorber ja gerad die stimuliert verstärkten Photonen (die im aktiven Medium entstanden sind) absorbieren können muss.
Allerdings ist es so, dass der Laserübergang im aktiven Medium ja ein langlebiger Übergang sein muss. Während der sättigbare Absorber ja ein kurzlebiges angeregtes Niveau haben muss. (Damit der sättigbare Absorber sofort wieder in der lage ist zu absorbieren. )
Viele Grüße
Krämmchen

kraemmchen · Anmeldungsdatum: 30.10.2008 Beiträge: 26

Jetzt hab ich auch nochmal den Rulliere gelesen zu dem Bild von oben.
Wie bereits durch dermarkus geschrieben: handelt es sich beim Verstärkungsmedium um das aktive Medium.
Der Puls nach Durchgang durch den sättigbaren Absorber ist ja dann vorne abgeschnitten worden, hinten aber nicht. (wenn lebensdauer des sättigbaren Absorbers zu lang sein sollte).

Dann ist ja die Intensität vorne geringer als in der mitte und hinten. Die Intensität des Lichtes ist ja proportional wie stark verstärkt werden kann (viele Photonen können viele stimulierte Emissionen bewirken). scheinbar reicht dann die intensität vorne und in der mitte aus, um das verstärkende Medium zu entleeren. Daher wird der hintere Teil nicht weiter verstärkt.
so versteh ich den Rulliere auf jeden Fall.....denk ich

Viele Grüße
Kraemmchen

dermarkus · Administrator Anmeldungsdatum: 12.01.2006 Beiträge: 14788

Ich würde nicht sagen, dass das Verstärkermedium in der Regel entscheidend dazu beiträgt, die hintere Pulsflanke abzuschwächen, indem es an seine Grenzen gelangt.

Ob so ein Puls bei passiver Modenkopplung durch sättigbare Absorber hinten langsam oder schnell abfällt, bestimmt viel mehr die Erholungszeit des sättigbaren Absorbers.

Ist die lang, dann bleibt der hintere Teil des Pulses lang.

Ist sie allerdings kurz, also am besten deutlich kürzer als die Länge des unkomprimierten Pulses, dann schluckt der sättigbare Absorber auch etwas vom hinteren Teil des Pulses weg.

vergleiche zum Beispiel:

http://www.rp-photonics.com/passive_mode_locking.html

Text vor (Figure 2):