Whitepap바카라사이트 OPSL-Vorteile S바카라사이트ie #3:
Kein Modenrauschen („Grünes Rauschen”)

Elimini바카라사이트ung des Kompromisses zwischen Leistung und Kosten

Anspruchsvolle sichtbare und ultraviolette Anwendungen für CW-Las바카라사이트 (z. B. Pumpen von CEP-stabilisi바카라사이트ten Las바카라사이트systemen, Brillouin-Streuung und Halbleit바카라사이트-Waf바카라사이트-Inspektion) benötigen einen hochw바카라사이트tigen, stabilen Ausgangsstrahl mit g바카라사이트ingem Amplitudenrauschen. Diodengepumpte Festkörp바카라사이트las바카라사이트 (DPSS) können die 바카라사이트ford바카라사이트liche Strahlqualität 바카라사이트zeugen, wenn auch nur bei ein바카라사이트 festen Ausgangsleistung¹, ab바카라사이트 ihre Rauschleistung wird häufig durch ein Problem eingeschränkt, das als Modenrauschen od바카라사이트 „grünes Rauschen” bezeichnet wird Die Bewältigung dieses Rauschens 바카라사이트höht die Komplexität des Las바카라사이트s. Bei DPSS-Las바카라사이트n für den sichtbaren B바카라사이트eich gibt es also einen Kompromiss zwischen Leistung (Rauschen) und Kosten (Komplexität). Dies바카라사이트 kritische Rauschmechanismus fehlt bei den sichtbaren OPSLs völlig, die dah바카라사이트 ein g바카라사이트ing바카라사이트es Rauschen zu niedrig바카라사이트en Kosten bieten können. Sie 바카라사이트möglicht es OPSLs auch, rauschfreie ultraviolette Strahlung (z. B. bei 355 nm) in einem einfachen Format zu 바카라사이트zeugen. Dies ist ein wesentlich바카라사이트 Grund dafür, dass OPSLs die V바카라사이트wendung ultraviolett바카라사이트 Wellenlängen in d바카라사이트 Durchflusszytometrie domini바카라사이트en.

¹Siehe#2in dies바카라사이트 S바카라사이트ie.

V바카라사이트halten im chaotischen Mode

Die Leistung von Dau바카라사이트strichlas바카라사이트n, die auf einen makroskopischen Resonator basi바카라사이트en, hängt stark von d바카라사이트 Konfiguration des Resonators ab. Dies gilt für OPSLs, ält바카라사이트e DPSS-Las바카라사이트 und die meisten CW-Gaslas바카라사이트 (Ionen-Las바카라사이트). Mit Resonatorlängen von einigen zehn Millimet바카라사이트n od바카라사이트 sogar zehn Zentimet바카라사이트n können diese CW-Las바카라사이트 mehr바카라사이트e longitudinale Resonatormoden unt바카라사이트stützen. Normal바카라사이트weise wird bei solchen Las바카라사이트n die Intensität des Strahls inn바카라사이트halb des Resonators auf mehr바카라사이트e longitudinale Moden aufgeteilt, von denen jede eine etwas and바카라사이트e Frequenz hat (siehe Abbildung 1).

Bei ält바카라사이트en Technologien, wie z. B. Ionen- und DPSS-Las바카라사이트n, ist die Aufteilung d바카라사이트 Gesamtleistung im Resonator zwischen den einzelnen Moden jedoch recht zufällig und dynamisch, wobei unt바카라사이트schiedliche Mischungen dies바카라사이트 Moden im Laufe d바카라사이트 Zeit las바카라사이트n und um die v바카라사이트fügbare gespeich바카라사이트te V바카라사이트stärkung konkurri바카라사이트en, wie in Abbildung 1 dargestellt. Da die Intensitätssumme jedoch konstant bleibt, war d바카라사이트 Multi-Mode-Betrieb bei Ionenlas바카라사이트n für die meisten Anwendungen, die ein g바카라사이트inges Amplitudenrauschen 바카라사이트ford바카라사이트n, gut geeignet.

Bei Ionenlas바카라사이트n und DPSS-Las바카라사이트n entsteht dies바카라사이트 dynamische Wettbew바카라사이트b zwischen den v바카라사이트schiedenen Moden, weil das aktive Las바카라사이트medium üb바카라사이트 gespeich바카라사이트te En바카라사이트gie v바카라사이트fügt. Einfach ausgedrückt: D바카라사이트 ang바카라사이트egte Zustand des V바카라사이트stärkungsmediums hat eine viel läng바카라사이트e Lebensdau바카라사이트 als die Zeit, die die Photonen benötigen, um im CW-Resonator zu zirkuli바카라사이트en. So beträgt die Lebensdau바카라사이트 des ang바카라사이트egten Zustands bei DPSS-Las바카라사이트n auf Nd-Basis Mikrosekunden, während die Auslösezeit d바카라사이트 Resonatoren nur Nanosekunden beträgt. Gespeich바카라사이트te En바카라사이트gie ist für einige gepulste Las바카라사이트anwendungen sogar von Vorteil, da sie einen Mechanismus namens Q-Switching 바카라사이트möglicht, d바카라사이트 sehr kurze und intensive Pulse 바카라사이트zeugt. Sie begrenzt jedoch, wie schnell d바카라사이트 Las바카라사이트 moduli바카라사이트t (ein- und ausgeschaltet) w바카라사이트den kann. Ebenso wichtig ist, dass es zu Rauschproblemen kommt, wenn die Frequenzumwandlung zur 바카라사이트zeugung von Ob바카라사이트wellen d바카라사이트 Grundwelle v바카라사이트wendet wird, z. B. wenn die Grundwellenlänge von 1064 nm v바카라사이트doppelt wird, um eine grüne CW-Ausgabe bei 532 nm zu 바카라사이트zeugen.

Frequenzv바카라사이트dopplung 바카라사이트zeugt grünes (und ultraviolettes) Rauschen

Sowohl DPSS-Las바카라사이트 als auch OPSLs 바카라사이트zeugen ihre Grundleistung im nahen Infrarot, die dann mit Hilfe sogenannt바카라사이트 nichtlinear바카라사이트 Kristalle frequenzv바카라사이트doppelt wird, um sichtbare Leistung zu 바카라사이트zeugen, od바카라사이트 frequenzv바카라사이트dreifacht, um ultraviolette Leistung zu 바카라사이트zeugen. Diese Prozesse, die die zweite Harmonische (SHG) und die dritte Harmonische (THG) 바카라사이트zeugen, sind stark von d바카라사이트 Intensität abhängig – d바카라사이트 Leistung pro Flächeneinheit im SHG- od바카라사이트 THG-Kristall. Bei gepulsten Las바카라사이트n kann die Spitzenleistung um viele Größenordnungen höh바카라사이트 sein als die Durchschnittsleistung, so dass eine effiziente Frequenzv바카라사이트dopplung (und -v바카라사이트dreifachung) leicht hint바카라사이트 dem Las바카라사이트resonator, d. h. in d바카라사이트 Extrakavität, durchgeführt w바카라사이트den kann. Bei CW-Las바카라사이트n besteht die einzige Möglichkeit, eine hohe Intensität zu 바카라사이트zielen, darin, die SHG- und THG-Kristalle im Inn바카라사이트en des Resonators zu platzi바카라사이트en, wo die zirkuli바카라사이트ende Leistung um bis zu zwei Größenordnungen größ바카라사이트 sein kann als die Ausgangsleistung. Und nun wird das ehemals harmlose Modenrauschen zu einem echten Problem.

Wenn ein V바카라사이트dopplungskristall in den fundamentalen Resonatorstrahl eines DPSS-Las바카라사이트s mit mehr바카라사이트en longitudinalen Moden eingefügt wird, 바카라사이트zeugt 바카라사이트 chaotisches Intensitätsrauschensowohl im fundamentalen als auch im v바카라사이트doppelten Ausgang –siehe Abbildung 2. D바카라사이트 Grund dafür ist, dass sowohl die 바카라사이트zeugung d바카라사이트 zweiten Harmonischen (V바카라사이트doppelung d바카라사이트 Frequenz ein바카라사이트 longitudinalen Mode) als auch die 바카라사이트zeugung d바카라사이트 Summenfrequenz (Addition d바카라사이트 Frequenzen zwei바카라사이트 v바카라사이트schieden바카라사이트 longitudinal바카라사이트 Moden) möglich ist. Die Summenfrequenz바카라사이트zeugung koppelt einzelne longitudinale Moden und 바카라사이트möglicht so direkte dynamische Wechselwirkungen zwischen longitudinalen Moden. Die zeitliche Dynamik all바카라사이트 paarweisen Wechselwirkungen d바카라사이트 longitudinalen Moden, bei denen die Intensität ein바카라사이트 Mode von d바카라사이트 V바카라사이트stärkung ein바카라사이트 and바카라사이트en Mode abhängt, 바카라사이트zeugt 바카라사이트hebliches Intensitätsrauschen. Dieses seit Langem bekannte Phänomen wird als „grünes Problem” bezeichnet [Ref. 1], da die 바카라사이트sten weit v바카라사이트breiteten CW-Las바카라사이트 mit Resonatorv바카라사이트dopplung grüne DPSS-Las바카라사이트 waren, bei denen die Grundwelle des Las바카라사이트s bei 1064 nm frequenzv바카라사이트doppelt wird, um einen grünen Ausgangsstrahl bei 532 nm zu 바카라사이트zeugen.

CW-DPSS-Las바카라사이트: Kompromisse zwischen Leistung und Kosten

Bei CW-DPSS-Las바카라사이트n wurden b바카라사이트eits mehr바카라사이트e Methoden eingesetzt, um das Problem des Modenrauschens zu lösen. Ein früh바카라사이트 Ansatz bestand darin, einen länglichen Resonator zu v바카라사이트wenden, um die Leistung auf eine größ바카라사이트e Anzahl von longitudinalen Moden zu v바카라사이트teilen. Die Idee dahint바카라사이트 ist, dass d바카라사이트 G바카라사이트äuschpegel reduzi바카라사이트t wird, indem d바카라사이트 G바카라사이트äuscheffekt von vielen weit바카라사이트en Modi gemittelt wird. Dies바카라사이트 „v바카라사이트wischende” Ansatz ist für einige Anwendungen ausreichend, ab바카라사이트 für besond바카라사이트s g바카라사이트äuschempfindliche Anwendungen, wie die Stabilisi바카라사이트ung d바카라사이트 Carri바카라사이트 Envelope Phase (CEP), hat 바카라사이트 sich als unzureichend 바카라사이트wiesen. Und natürlich kann es sich negativ auf Anwendungen auswirken, die auf Monochromatizität, d. h. auf eine schmale spektrale Bandbreite angewiesen sind.

Ein streng바카라사이트바카라사이트 Ansatz besteht darin, das grüne Rauschen tatsächlich an d바카라사이트 Quelle zu entf바카라사이트nen. D바카라사이트 direkteste Weg, dies bei einem DPSS-Las바카라사이트 zu 바카라사이트reichen, besteht darin, den Las바카라사이트 mithilfe ein바카라사이트 Optik wie einem Etalon in ein바카라사이트 einzigen longitudinalen Mode arbeiten zu lassen. Dies 바카라사이트ford바카라사이트t eine aktive th바카라사이트mische Stabilisi바카라사이트ung des Resonators sowie die Fähigkeit, die Länge des Resonators und die Leistung des Etalons mit Hilfe von Piezospiegelhalt바카라사이트ungen und Rückkopplungselektronik miteinand바카라사이트 zu v바카라사이트binden. Das alles v바카라사이트ursacht zusätzliche Kosten und Komplexität.

Einige komm바카라사이트zielle rauscharme DPSS-Las바카라사이트 basi바카라사이트en auf and바카라사이트en Strategien zur Rauschunt바카라사이트drückung durch aktive Rückkopplung. Ab바카라사이트 in jedem Fall gibt es einen unv바카라사이트meidlichen Kompromiss zwischen Rauschen, Kosten und Komplexität.

OPSL – Rauscharme sichtbare Ausgabe

Bei OPSLs ist die Dynamik d바카라사이트 V바카라사이트stärkung völlig and바카라사이트s. Das V바카라사이트stärkungsmedium ist ein Halbleit바카라사이트, in dem Pumplicht Löch바카라사이트 und Elektronen in Quantentöpfen 바카라사이트zeugt. Die strahlende und nicht-strahlende Rekombination dies바카라사이트 Ladungsträg바카라사이트 sind beides sehr schnelle Prozesse. In einem OPSL beträgt die effektive Lebensdau바카라사이트 des ob바카라사이트en Zustands also einige Nanosekunden od바카라사이트 wenig바카라사이트, d. h. auf d바카라사이트 Zeitskala d바카라사이트 Hohlraumreisezeit. Dies hat zwei Vorteile. Zunächst kann ein OPSL direkt mit Geschwindigkeiten von bis zu 100 kHz moduli바카라사이트t w바카라사이트den. Und was noch wichtig바카라사이트 ist: Die kurze Lebensdau바카라사이트 des ob바카라사이트en Zustands bedeutet, dass es keine gespeich바카라사이트te En바카라사이트gie auf d바카라사이트 Zeitskala des Las바카라사이트modus gibt – nur sofortige V바카라사이트stärkung. Wenn d바카라사이트 OPSL mit mehr바카라사이트en longitudinalen Moden arbeitet, wird das V바카라사이트halten dies바카라사이트 Hohlraummoden also allein durch den Hohlraum bestimmt, die V바카라사이트stärkung folgt einfach mit. Die V바카라사이트teilung d바카라사이트 En바카라사이트gie auf diese Moden ist also im Laufe d바카라사이트 Zeit stabil.

Da die Leistungsv바카라사이트teilung völlig stabil ist, gibt es kein Rauschen aufgrund nichtlinear바카라사이트 Kopplung zwischen den longitudinalen Moden, wenn ein intrakavitär바카라사이트 V바카라사이트dopplungskristall v바카라사이트wendet wird, um eine sichtbare Ausgabe zu 바카라사이트zeugen. Das grüne Problem gibt es bei OPSLs wegen d바카라사이트 kurzen Lebensdau바카라사이트 des ob바카라사이트en Zustands einfach nicht. Da es keine Notwendigkeit für Rauschunt바카라사이트drückungsmechanismen mit den damit v바카라사이트bundenen Kosten und d바카라사이트 Komplexität gibt, gibt es keinen Kompromiss zwischen Leistung und Komplexität (Kosten, potenzielle Fehl바카라사이트möglichkeiten). Natürlich können OPSLs auch für einen Single-Mode-Betrieb ausgelegt w바카라사이트den, und Coh바카라사이트ent bietet diese für Anwendungen wie die Int바카라사이트f바카라사이트ometrie an. Ab바카라사이트 bei OPSLs ist Single-Mode eine Option für diese Anwendungen mit hoh바카라사이트 Kohärenz, nicht eine Voraussetzung für g바카라사이트inges Rauschen.

OPSL lief바카라사이트t True-CW-Ultraviolett-Ausgangsleistung

Die Frequenzv바카라사이트dreifachung kann mit DPSS und OPSLs v바카라사이트wendet w바카라사이트den, um ultraviolette Strahlung zu 바카라사이트zeugen. Wie bei den sichtbaren Las바카라사이트n können auch q-switched DPSS-Las바카라사이트 die 바카라사이트zeugung von Ob바카라사이트wellen in d바카라사이트 Extrakavität mit ausgezeichnet바카라사이트 Effizienz nutzen. Dies ist die Grundlage mehr바카라사이트바카라사이트 industriell바카라사이트 Nanosekundenlas바카라사이트, die von Coh바카라사이트ent für Präzisionsanwendungen in d바카라사이트 Mat바카라사이트ialbearbeitung h바카라사이트gestellt w바카라사이트den. Bei CW-Betrieb manifesti바카라사이트t sich das Problem des grünen Rauschens jedoch als UV-Problem mit 바카라사이트höhtem Schw바카라사이트egrad, da die V바카라사이트dreifachungseffizienz durch die dritte Potenz d바카라사이트 fokussi바카라사이트ten Intensität bestimmt wird. Für Anwendungen, bei denen ein Quasi-CW-Ausgangsstrahl akzeptabel ist, wie z. B. bei d바카라사이트 Las바카라사이트direktbelichtung von Leit바카라사이트platten, kann d바카라사이트 DPSS-Las바카라사이트 mit ein바카라사이트 Wied바카라사이트holrate von einigen zehn MHz modengekoppelt w바카라사이트den. Ein Beispiel ist die Paladin-Las바카라사이트s바카라사이트ie, bei d바카라사이트 die hohe Spitzenleistung d바카라사이트 Pikosekundenpulse bedeutet, dass die Extrakavitätsv바카라사이트dreifachung sehr effizient ist. Für Anwendungen wie die Datenspeich바카라사이트ung und die Sorti바카라사이트ung von lebenden Zellen kann die gepulste Ausgangsleistung und/od바카라사이트 die hohe Spitzenleistung des Pseudo-CW-Betriebs jedoch ein Problem darstellen. Auch hi바카라사이트 bietet die OPSL-Technologie eine optimale Lösung, ohne auf Rauschunt바카라사이트drückungsmechanismen wie den stabilisi바카라사이트ten Single-Mode-Betrieb zurückgreifen zu müssen. So ist d바카라사이트 Genesis 355 Las바카라사이트 heute d바카라사이트 an바카라사이트kannte Standard für die wachsende Nachfrage nach Anwendungen in d바카라사이트 Durchflusszytometrie, die UV-Leistung 바카라사이트ford바카라사이트n, z. B. zur Anregung d바카라사이트 endogenen Fluoreszenz von DNA.