Umschaltbare, mehrfarbige Laser sind für viele wichtige Anwendungen, wie z. B. Laserdisplaytechnologie, Fotofinishing, DVD-Mastering, Konfokale Mikroskopie und Spektroskopie von besonderer Bedeutung.
Im Rahmen dieser Arbeit wird ein neues Konzept für mehrfarbigen Laserbetrieb entwickelt und an einem Pr, Yb: ZBLAN-Aufkonversions-Faserlaser erprobt. Durch neu entwickelte Resonatorspiegel, deren Reflektivitäten bei den verschiedenen Wellenlängen einstellbar sind, kann neben einfarbiger auch mehrfarbige Laseremission mit definierter Farbkomposition erreicht werden. Die Reflektivität der dielektrischen Spiegel wird durch eine Veränderung der Dicke eines im Spiegelsystem befindlichen Luftspalts erreicht. Unter Verwendung von zwei dieser Spiegel wird Laseremission mit beliebigen Anteilen der Farbkomponenten bei den drei wichtigen RGB - Wellenlängen, 635 nm, 520 nm und 492 nm, demonstriert. Die erreichbare Ausgangsleistung liegt je nach verwendeter Pumplichtquelle im Bereich von 10 - 50 mW. Die Steuerung kann bis zu einer Frequenz von 200 kHz erfolgen.
Für eine schnelle Intensitätssteuerung ist ein neuartiges Verfahren entwickelt worden, bei dem die Inversion des Lasers direkt gesteuert wird. In einem Pr, Yb: ZBLAN-Faserlaser wird durch eine Laserdiode bei λ = 635 nm die Inversion und als Folge die Laserleistung bei 520 nm und 492 nm moduliert. Erstmals kann auf diese Weise ein Superpulsbetrieb mit einer Wiederholfrequenz von 300 kHz bei Pulsdauern von 300 ns erreicht werden. Die Spitzenleistung ist gegenüber der cw-Leistung 10-fach überhöht. Die Modulation mit Frequenzen von mehr als 100 MHz ist möglich und kann für eine aktive Modenkopplung verwendet werden.
Die Verwendung von extern angekoppelten Resonatorspiegeln erlaubt neben der Farbsteuerung eine höchst effiziente Anregung von linear polarisiertem Laserbetrieb. Mit diesem neuen Konzept wird erstmals eine unpolarisierte Laseremission bei λ = 635 nm in einem Pr, Yb: ZBLAN-Faserlaser zu einer hoch polarisierten Emission mit einem Polarisationsverhältnis von mehr als 100:1 umgewandelt.
Zusätzliche Resonatorspiegel werden auch bei einem Er: ZBLAN-Faserlaser zur Effizienzerhöhung bei λ = 546 nm durch Anregung zusätzlicher Laseremission bei λ = 1,55 μm verwendet. Im Experiment wird eine Leistungssteigerung um bis zu 100 % demonstriert.
Die erreichten Ergebnisse sind auch auf andere Lasersysteme, insbesondere auf Festkörperlaser, übertragbar und stellen wichtige Grundlagen für zukünftige Laserentwicklungen dar.
Switchable multicolor lasers are very important for many applications such as laser display technology, photo finishing, DVD mastering, confocal microscopy and spect roscopy.
This work presents a development of a new concept for multicolor laser operation which has been tested with a Pr, Yb: ZBLAN upconversion fiber laser. Specially developed resonator mirrors provide adjustable reflectivities at different wavelengths and allow multicolor laser emission with well-defined color contribution including monochromatic emission. The reflectivity of these mirrors is changed by varying the thickness of an air gap located in the dielectric layer system. Laser emission with arbitrary composition of color components at the three major RGB wavelengths, 635 nm, 520 nm and 492 nm, is demonstrated by application of two of these mirrors. The maximum output power range is 10 - 50 mW depending on the pump source. Color control is possible at frequencies of up to 200 kHz.
For a fast intensity control, a novel method has been developed in which the inversion of the laser is controlled directly. A laser diode at λ = 635 nm is applied to a Pr, Yb: ZBLAN fiber laser for direct modulation of the laser inversion and consequently of the laser power at 520 nm and 492 nm. For the first time a superpulse operation mode with a repetition rate of 300 kHz and with a pulse duration of 300 ns is achieved in this way. The peak power compared to a cw operation is increased by a factor of 10. The modulation at frequencies over 100 MHz is possible and can be used for active mode locking.
External coupled resonator mirrors can be used not only for color control but also for highly efficient excitation of linear polarized laser operation. With this new concept a non polarized laser emission of a Pr, Yb: ZBLAN fiber laser at λ = 635 nm is converted into a highly polarized emission with a polarization ratio of more than 100:1.
Additional resonator mirrors are also applied with an Er: ZBLAN upconversion fiber laser to increase efficiency at λ = 546 nm under excitation of additional laser emission at λ = 1.55 μm. In this experiment, laser performance has been increased by 100%.
The achieved results can be applied onm other laser systems, in particular on solid-state lasers. They provide novel fundamental concepts for future laser development.