Räumlich-zeitliche Optimierung der Laserimpulse Yb3+ -basierter Hochleistungs-Lasersysteme

Alternativ zu bereits etablierten Lasersystemen werden direkt diodengepumpte Petawatt-Lasersysteme auf der Basis Yb3+-dotierter Lasermaterialien entwickelt, welche sowohl Impulsenergien von > 100 J als auch Impulsdauern von < 100 fs erzeugen können. Die Verwendung von schmalbandigen Hochleistungslaserdioden als Pumplichtquelle erlaubt hierbei eine effiziente Anregung des Lasermaterials was eine signifikante Erhöhung der Repetitionsrate ermöglicht. Für die erfolgreiche Anwendung dieser Lasersysteme in Experimenten müssen diese jedoch sowohl räumlich als auch zeitlich in Hinsicht auf die erforderlichen Experimentparameter optimiert werden. Hierbei sind vor allem eine maximale fokussierte Spitzenintensität, sowie ein höchstmöglicher zeitlicher Intensitätskontrast von Bedeutung. Im Rahmen der dieser Arbeit werden die Möglichkeiten für die räumlich-zeitliche Optimierung der Impulse Yb3+-basierter Lasersysteme untersucht. Zum einen wird die Auswirkung der spektralen Eigenschaften Yb3+-dotierter Materialien auf das verstärkte Spektrum der Laserimpulse untersucht und durch die Entwicklung spektraler Transmissionsfiltern optimiert, was eine vergrößerte Bandbreite und somit eine Verringerung der Impulsdauer zur Folge hat. Zum anderen wird die räumliche Optimierung der Laserimpulsverstärkung vorgestellt, wobei zunächst die Einflüsse des räumlichen Verstärkungsprofils und der pumpinduzierten Phasenaberrationen untersucht werden. Die Optimierung wird anschließend durch die Entwicklung einer neuartigen, abbildenden Verstärkeranordnung demonstriert. Abschließend wird die Optimierung des zeitlichen Intensitätskontrasts vorgestellt. Durch neu entwickelte Methoden konnten intensive Vorpulse vollständig vermieden werden. Ebenfalls wird eine detaillierte Analyse der Erzeugung spontaner verstärkter Emission in Hochleistungslasersystemen hergeleitet. Das analytische Modell ermöglicht erstmalig eine umfassende Konzeptionierung von Hochkontrast-Lasersystemen mit hohen Spitzenleistungen.