SBS-Spiegel

Untersuchungen der stimulierten Brillouin Streuung (SBS) zur Realisierung von phasenkonjugierenden Spiegeln (PCM). Die Möglichkeit der Kompensation von Phasenstörungen (siehe Abb.1) in Festkörperlasern führte in den letzten Jahren zu einer Schlüsselstellung der PCMs bei der Entwicklung von Lasern mit sehr guter Strahlqualität bei gleichzeitiger hoher Ausgangsleistung.

Kompensation von Phasenstörungen mit einem PCM Gegenüber anderen nichtlinearen Prozessen, die eine Phasenkonjugation ermöglichen, wie die Photorefraktion und die entartete Vierwellenmischung, zeichnet sich ein PCM auf Basis der SBS durch eine einfache Realisierung aus. Die SBS beschreibt die Streuung von Licht an einer selbstinduzierten Schallwelle (Dichtemodulation). Anschaulich kann der Prozess der SBS anhand der Abb. 2 wie folgt erklärt werden. Ein Pumpfeld mit der Intensität Iin wird in ein geeignetes SBS-Medium eingestrahlt. Dabei kommt es zur spontanen Brillouin-Streuung an thermisch angeregten, statistisch verteilten Dichtefluktuationen (1). Die Streuung ist ungerichtet, aber ein geringer Teil des eingestrahlten Lichtes fällt genau in sich zurück und es kommt zur Interferenz (2). Diese Intensitätsmodulation des elektrischen Feldes induziert via Elektrostriktion eine Dichtemodulation im Medium (3). Durch wiederholte Reflexion des Pumpfeldes an dieser von ihm selbst dem Medium aufgeprägten Schallwelle kommt es zu einer Verstärkung des Prozesses (4).

Für die Anwendung dieser SBS-Spiegel ist es wichtig die Eigenschaften der Spiegel genau zu kennen, insbesondere die SBS-Schwelle, die Brillouin-Frequenz und das maximale Reflexionsvermögen. Als SBS-Schwelle bezeichnet man die eingestrahlte Leistung oder Energie, ab der der Spiegel einen Reflexionsgrad von 1% aufweist. Das reflektierte Licht erfährt bei der SBS eine Dopplerverschiebung durch die sich mit Schallgeschwindigkeit v in die entgegengesetzte Richtung ausbreitende Schallwelle. Der Betrag der Verschiebung wird als Brillouin-Frequenz bezeichnet und kann je nach Material einige hundert MHz bis GHz betragen. Die Leistungsschwelle liegt bei herkömmlichen SBS-Spiegeln (Bulkmedien), bei denen das zu konjugierende Licht in das SBS-Medium fokussiert wird, über 10 kW (Spitzenleistung). Aufgrund dieser hohen Schwelle sind diese Spiegel nur für gepulste Lasersysteme einsetzbar. Wesentliches Ziel dieser Untersuchungen ist es, SBS-Spiegel mit Leistungsschwellen deutlich unter 100 W zu entwickeln, damit diese Spiegel auch in quasi-cw oder sogar cw Lasern eingesetzt werden können. Das folgende Photo zeigt, von der Arbeitsgruppe entwickelte, SBS-Spiegel.