Kurzfassung
Diodengepumpte Festkörperlaser im Wellenlängenbereich zwischen 1,2 10-6m und 3 10-6m finden speziell in der optischen Meßtechnik und der Medizin vielfältige Anwendungen.
Im Rahmen dieser Arbeit wurden im wesentlichen Laser mit Wellenlängen in den beiden optischen Fenstern der
Atmosphäre bei 1,5 10-6m und 2 10-6m für den Einsatz in einem Doppler-LIDAR-System untersucht. Hier steht derzeit der
Tm:YAG-Laser bei 2 10-6m im Vordergrund. Dieses System ist seit langem bekannt und es erscheint möglich, die
erforderlichen mittleren Leistungen und Pulsenergien zu erreichen. Es wurden Versuche zur Realisierung eines
durchstimmbaren Einfrequenzlasers sowie verschiedene Experimente zur Leistungsskalierung und Güteschaltung von
Tm:YAG Lasern durchgeführt. Bei diesen Messungen konnten 18 mW Ausgangsleistung im Einfrequenzbetrieb bei der
geforderten Laserwellenlänge von 2021,4 nm und bis zu 6 W Dauerstrichleistung mit einem differentiellen Wirkungsgrad von
über 40 % im freilaufenden Betrieb demonstriert werden. Pulsenergien bis zu 1,5 mJ bei Wiederholraten im Bereich einiger
hundert Hertz wurden im gütegeschalteten Betrieb realisiert. Ein Ratengleichungsmodell zur Beschreibung des Thulium-
Systems wurde entwickelt.
Als Alternative zu dem direkt gepumpten Thulium- oder auch Holmium-System wurde für beide Laserionen die Möglichkeit
einer Ytterbium-Kodotierung untersucht. Das Ytterbium ermöglicht die Nutzung von Hochleistungs-Laserdioden bei 970 nm
Wellenlänge als Anregungsquellen und die Entkopplung von Anregungsabsorption und Konzentration des aktiven Ions.
Zur Erschließung des Wellenlängenbereichs um 1,5 10-6m wurde mit Ytterbium und Erbium dotiertes LaSc3(BO3)4
untersucht. Dieses für diese beiden Ionen neue Wirtsmaterial wurde spektroskopisch charakterisiert und die Ergebnisse
von Laserversuchen mit den Resultaten in Glas und YAG verglichen. Die dabei erzielte maximale Dauerstrichleistung von
160 mW stellt den bisher höchsten Wert für ein kristallines Wirtsmaterial dar.
Alternativ zu dem Selten-Erd Erbium bietet das Thulium einen Laserübergang bei 1,5 10-6m Wellenlänge. Dieser Übergang
zwischen zwei hochgelegenen Energieniveaus des Thuliums kann durch Upconversion-Pumpen effizient angeregt werden.
Im Dauerstrichbetrieb wurden hier Leistungen bis zu 300 mW erreicht. Unter Quasi-Dauerstrichanregung konnten
Pulsenergien bis zu 20 mJ bei 5 Hz Wiederholrate und bei passiver Güteschaltung Pulsenergien von 0,3 10-6J bei 65 kHz
Wiederholrate realisiert werden. Der vom selben oberen Laserniveau startende 2,3 10-6m Laser lieferte Leistungen bis zu 450
mW. Es wurde ein Ratengleichungssystem entwickelt, das dieses System für beide Betriebsarten beschreibt.
Die Untersuchungen von mit Ytterbium und Holmium dotierten Kristallen resultierten erstmalig in Dauerstrich-Laserbetrieb
unter Laserdiodenanregung bei 1,2 10-6m und 3 10-6m. Im Quasi-Dauerstrichbetrieb waren hier Pulsenergien bis zu 10 mJ bei 3
10-6m Wellenlänge möglich.