Geseedeter Titan:Saphir-Laser

Die in der Arbeitsgruppe Larissa entwickelten gepulsten Ti:Sa-Laser verfügen über ein ausgezeichnetes Strahlprofil und hohe Pulsleistungen. Mit ihnen lässt sich bequem ein großer Wellenlängenbereich erschließen. Für Anwendungen, in denen eine geringe spektrale Breite notwendig ist, sind sie aufgrund ihres gepulsten Betriebs jedoch nicht geeignet.

Bandbreite des geseedeten Ti:Sa Lasers
Bandbreite des geseedeten Lasers

Über das injection seeding genannte Verfahren wird es jedoch möglich auch mit diesen Lasern spektrale Breiten von etwa 20 MHz zu erreichen. Dazu wird das Licht eines schmalbandigen Diodenlasers in den Resonator des Ti:Sa-Lasers eingekoppelt. Nun wird nicht mehr wie ursprünglich ein spontan emittiertes Photon des Ti:Sa-Kristalls verstärkt, sondern die Photonen des Diodenlasers. Das emittierte Laserlicht hat nun die Eigenschaften des Ti:Sa-Lasers bezüglich Zeit und Leistung, übernimmt aber die spektralen Eigenschaften des Diodenlasers. Aufgrund seiner hohen Pulsleistung lässt sich der geseedete Ti:Sa-Laser bequem in der Frequenz verdoppeln, verdreifachen und vervierfachen. Dazu ist jeweils nur ein Durchlauf eines nichtlinearen Kristalls nötig.

Aufbau des Systems


Schematischer Aufbau des geseedeten Titan:Saphir Lasers

Der Aufbau besteht im Wesentlichen aus drei Komponenten. Der Masterlaser besteht aus einem Diodenlaser, einem anamorphen Prismenpaar und drei optischen Isolatoren. Über ein Teleskop wird das Licht des Masterlasers in den Resonator des Slavelasers (Ti:Sa-Laser) eingekoppelt. Dessen Resonator ist in Bowtie-Geometrie aufgebaut. Der Ti:Sa-Kristall sitzt zwischen zwei Hohlspiegeln; der Resonator wird durch einen hochreflekierenden Spiegel auf einem Piezoaktuator und einen Auskoppelspiegel geschlossen. Den dritten Teil des Aufbaus bildet die Stabilisierung. Diese hält die Länge des Resonators konstant auf einem Vielfachen der Wellenlänge des Diodenlasers. Dazu wird die Frequenz des Diodenlasers moduliert. Das Stabilisierungssignal wird hinter einem Hohlspiegel von einer Fotodiode aufgenommen. Über eine Standard Lock-In Technik und einen PID-Regler (LockOtronik) wird die Länge des Resonators mit dem Piezoaktuator stabilisiert.


Gesmtaufbau des geseedeten Titan:Saphir Lasers

Anwendungen in der hochauflösenden Spektroskopie

Aufgrund seiner geringen Linienbreite ist der geseedete Ti:Sa-Laser ein ideales Instrument für hochauflösende Spektroskopie. Vorteile gegenüber anderen schmalbandigen Lasersystemen bestehen in dem großen und einfach zu erweiternden Wellenlängenbereich und in der hohen Pulsleistung.


Grundzustandsübergang bei 308 nm in Aluminium. Gemessen mit dem frequenzverdreifachten geseedeten Titan:Saphir Laser.

Anwendung in der hochauflösenden RIMS

Für die hochauflösende RIMS werden vorzugsweise Diodenlaser eingesetzt. Diese überzeugen durch einfache Handhabung und hervorragende spektrale Eigenschaften. Der zugängliche Wellenlängenbereich ist jedoch begrenzt. Hier ergibt sich nun die Möglichkeit diesen Wellenlängenbereich in der HR-RIMS mit einem geseedetem Ti:Sa-Laser zu erweitern, und somit die HR-RIMS noch universeller zu gestalten

Anwendung als Laserionenquelle

Die Standard Ti:Sa-Laser ermöglichen aufgrund ihrer spektralen Breite lediglich eine elementspezifische Ionisation. Mit dem geseedetem Ti:Sa-Laser ist eine isotopen- oder auch isomerspezifische Ionisation möglich. Dadurch können den angeschlossenen Experimenten ganz gezielt nur die gewünschten Ionen zugeführt werden.