Alternative Methoden zur Schwellenreduktion

SBS-Spiegel mit Feedback Das Konzept des Feedback bietet die Möglichkeit, unabhängig von den Materialeigenschaften und der Wechselwirkungsgeometrie eine Schwellenreduzierung zu erreichen. Die Idee besteht darin, einen Teil des Stokeslichtes über einen Strahlteiler abzugreifen und dann von hinten wieder in das SBS-Medium einzukoppeln. Durch diesen Aufbau ergibt sich eine Art Brillouin-Resonator, in dem das Stokeslicht entgegengesetzt zum Pumplicht läuft. Durch einen solchen Feedbackaufbau ist die SBS-Schwelle nicht mehr nur durch die Stärke der spontanen Brillouin-Streuung festgelegt. Im Normalfall (ohne Feedback) wird das einfallende Laserlicht zuerst an thermischen Brechungsindexschwankungen spontan gestreut. Im Feedbackaufbau wechselwirkt das einfallende Pumplicht nicht mehr nur mit dem spontan gestreuten Stokeslicht sondern auch mit dem um mehrere Größenordnungen intensiveren rückgekoppelten Stokeslicht. Durch die wesentlich effizientere Wechselwirkung steigt der Reflexionsgrad deutlich schneller an, was gleichbedeutend einer niedrigeren Schwellenleistung ist. Es wurden Feedbackexperimente an Fasern sowohl mit dem blitzlampengepumpten Laser Nd:YAG (G=20 Hz, t =30 ns) als auch mit dem diodengepumpten System Yb:YAG (G=5 kHz, t =220 ns) durchgeführt. Verwendet wurden dabei einfache Quarzfasern sowie eine getaperte Faser. Die nebenstehende Abbildung zeigt den dazu verwendeten Aufbau.
Die besten Resultate wurden unter Verwendung eines Strahlteilers mit 9% Reflektivität erzielt. Bei diesem Reflexionsgrad konnte ein deutlicher Feedbackeffekt (Schwellenabsenkung) festgestellt werden, währenddessen nicht zuviel an maximal erreichbarer Reflexion eingebüßt wurde. Die interne Reflexion gibt an, wieviel die Faser tatsächlich reflektiert, die externe Reflexion beschreibt dagegen die Reflexion des gesamten Aufbaus. Das rückgekoppelte Stokeslicht wurde mit einer Linse der Brennweite f = 11 mm in den schmaleren Generatorteil, das Pumplicht mittels einer langbrennweitigeren Linse ( f = 60mm) in das breitere Verstärkerende der getaperten Faser eingekoppelt. Die freie Wegstrecke zwischen den Faserenden betrug 65 cm.
Die Schwelle konnte hier um einen Faktor 2 reduziert werden. Dies deckt sich sehr gut mit den für eine Pulslänge von 30 ns berechneten Kurven in Fehler! Auch unter Verwendung des diodengepumpten Lasers konnte eine Schwellenhalbierung mittels Feedbackeffekt nachgewiesen werden.
Hier wurde eine 50 µm-Stufenindexfaser der Länge 2 m benutzt. Die Einkopplung erfolgte jeweils mit 30 mm-Linsen, und die freie Wegstrecke zwischen den Faserenden betrug 35 cm. Insgesamt lässt sich zusammenfassen, dass unabhängig von der Faser eine Schwellenreduktion um einen Faktor zwei möglich ist, dass aber auch die maximale Reflexion durch den Einsatz des Strahlteilers reduziert ist.