Erzeugung energetischer ultrakurzer UV-Pulse

Die Erzeugung ultrakurzer (Sub-20 fs) UV-Pulse stellt eine große Herausforderung dar. Es existieren nur wenige Materialien, die zur Strahlungsverstärkung in diesem Spektralbereich genutzt werden können, und all diese verfügen über eine begrenzte Bandbreite, die die Erzeugung von Pulsen kürzer als ca. 100 fs unterbindet.

Üblich verwendetes Schema zur Erzeugung ultrakurzer Pulse im UV.
(Die mit gestrichelter Linie umrahmten Stufen sind optional.)

Um in diesen schwer erreichbaren Spektralbereich vorzustoßen, war der bisherige Ansatz, die IR Pulse eines Titan-Saphir-Lasersystems durch Ultrabreitband-Frequenzumwandlungsmethoden in den DUV Bereich zu konvertieren. Um dieses Ziel zu erreichen, wurden Vierwellenmischung in Hohlfasern bzw. Filamenten, achromatische Phasenanpassung in nichtlinearen optischen Kristallen, Harmonischenerzeugung in Gasjets oder in ultradünnen NLO-Kristallen sowie spektrale Filterung von Superkontinua eingesetzt. Diese Methoden ermöglichen zwar die Erzeugung von Sub-20 fs-Pulsen im UV Spektralbereich, jedoch liefern sie sehr energieschwache Pulse (< 20 µJ), wodurch deren Einsatzgebiete drastisch eingeschränkt sind.

Durch einen neuartigen Ansatz ist es uns kürzlich gelungen, diese Einschränkungen zu durchbrechen. Dabei werden energetische UV-Pulse mit mäßig kurzer Dauer durch nichtlineare Wechselwirkung mit Edelgasen spektral verbreitert und anschließend komprimiert. Theoretisch können so viel höhere Energien generiert werden, da es nicht die Pulserzeugung, sondern nur die spektrale Erweiterung ist, die von einem nichtlinearen Prozess geringer Effizienz gesteuert wird.

Neu vorgeschlagenes Schema zur Erzeugung ultrakurzer Pulse im UV.
(Die mit gestrichelter Linie umrahmten Stufe ist optional.)

Bei diesem Lösungsweg spielt die spektrale Verbreiterung energetischer UV-Pulse eine zentrale Rolle.