Faser-Bragg-Gitter für die Frequenzstabilisierung multimodiger Hochleistungslaserdioden und -faserlaser

Faser-Bragg-Gitter (FBG) bestehen aus einer periodischen Modulation des Brechungsindex des Faserkerns entlang der Propagationsrichtung der geführten Strahlung. Diese Modifikationen werden mittels fokussierter, ultra-kurz gepulster Laserstrahlung unter Nutzung von Multiphotonenabsorption in das dielektrische Kernmaterial induziert. FBG fungieren als wellenlängenselektive, faserintegrierte Spiegel und werden bspw. als Temperatursensoren, als Frequenzstabilisierungselemente für Laserdioden und als Resonatorspiegel in Faserlasern eingesetzt. Durch einen faserintegrierten Aufbau sinkt die Anzahl der zu justierenden Elemente, somit steigt die mechanische Robustheit. FBG sind in monomodigen Fasern für einen breiten Spektralbereich und verschiedene Reflexionsgrade kommerziell verfügbar. Ihr Einsatz in hochmodigen Fasern ist Stand der aktuellen Forschung. Schwerpunkte dieser Arbeit sind die Entwicklung eines Herstellungsverfahrens von FBG in passiven und aktiven, hochmodigen Faserkernen, ihr Einsatz in der Frequenzstabilisierung von Laserdioden, und in aktiven Fasern als Resonatorspiegel von Faserlasern. Basierend auf der Phasenmaskentechnik wurden für die FBG-Erzeugung ein lineares und ein rotationssymmetrisches scannendes Schreibverfahren für hochmodige Faserkerne entwickelt. Das lineare Verfahren ist für Reflexionsgrade bis 0,1 vorteilhaft, für höhere Reflexionsgrade ist bei runden Kern-Geometrien das rotationssymmetrische Verfahren besser geeignet. So erzeugte, gering-reflektierenden FBG (R=0,03-0,08) in passiven Fasern (105/125 µm, NA=0,2) wurden für die Frequenzstabilisierung von hochmodigen Laserdioden genutzt. Die spektrale Halbwertsbreite und die thermisch induzierte Drift wurden im Vergleich zum freilaufenden Betrieb um etwa 80 % auf etwa 1 nm bzw. 0,5 nm/W reduziert, und die Zentralwellenlänge der spektralen Emission lag bei der Bragg-Wellenlänge des FBG. Ein in einen aktiv dotierten Faserkern geschriebenes, gering-reflektierendes FBG wurde als Resonatorendspiegel eines Faserlaserresonators genutzt, und bis zu einer optischen Ausgangsleistung von 8 kW getestet. Im Vergleich zum Betrieb mit einem externen dichroitischen Spiegel als Rückkoppelelement ist die spektrale Halbwertsbreite um 80% auf 0,9 nm reduziert. Abschließend wurde ein vollständig monolithisch aufgebauter Faserlaserresonator mit 150 W optischer Ausgangsleistung demonstriert, bei dem sowohl für den gering- als auch hochreflektierenden Spiegel FBG eingesetzt wurden.