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Ultrakurze Laserpulse haben heutzutage vielfältigste Anwendungen gefunden. Trotzdem steht die stetige Verbesserung der Pulsparameter stets im Fokus aktueller Forschung. Insbesondere die Reduktion der Pulsdauer zu wenigen optischen Zyklen durch Erhöhung der spektralen Bandbreite eröffnet neue Möglichkeiten in der Attosekundenphysik. Die Untersuchung extrem schneller elektronische Prozesse in Atomen und Molekülen sei hier als Beispiel genannt. Die Verstärkung solch kurzer Laserpulse ermöglicht es, diese in der Starkfeldphysik einzusetzen um z. B. hohe Harmonische oder Attosekundenimpulse im XUV zu erzeugen.

Pulskompressor einen OPCPA-Systems mit wenigen Zyklen Pulsdauer.
Pulskompressor einen OPCPA-Systems mit wenigen Zyklen Pulsdauer.

Unser Ziel ist die Entwicklung von Quellen und Verstärkern für Pulse weniger optischer Zyklen und die Verbesserung ihrer Performance. Ein vielversprechender Ansatz zur Erzeugung enorm großer spektraler Bandbreiten ist die Verwendung mikrostrukturierter Fasern, mit denen kürzlich Pulse mit nur 1,3 optischen Zyklen Pulsdauer erzeugt werden konnten [1].

Die optisch parametrische Verstärkung (engl.: optical parametric amplification, OPA) stellt eine geeignete Technik zur Verstärkung solcher enorm kurzer Laserpulse zu hohen Pulsenergien. Da OPAs instantan und ohne Energiespeicherung funktionieren, können sie enorm große Ausgangsleistungen erzielen. Die Kombination mit leistungsstarken Faserlasern als Pumpquelle ermöglicht es, Ausgangsleistungen von 22 W mit Pulsdauern von weniger als zwei optischen Zyklen zu erzielen [2].

Die Kompression solcher Pulse nach der Verstärkung ist eine weitere Herausforderung. Eine Kombination von optischen Gläsern und gechirpten Spiegeln in Kombination mit einem Flüssigkeitskristallmodulator, der als Phasensteller dient, wird den Anforderungen der enormen spektralen Breite gerecht. Durch die enorm kurze Pulsdauer ist es wünschenswert, die Phase zwischen Einhüllender und Trägerwelle der Pulse zu kontrollieren.  Im Prinzip erhält ein OPA diese Phase. Die Synchronisation des Pumplasers und Amplituden-Phasen-Kopplung im nichtlinearen Verstärker müssen jedoch gezielt kontrolliert werden [3,4].

Die Forschung, welche zu diesen Ergebnissen führte, wurde teilweise durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) unter Vertrag 13N12082, durch den European Research Council unter dem European Union’s Seventh Framework Programm (FP7/2007-2013)/ERC grant agreement no. [240460] “PECS”, und durch das Thüringer Ministerium für Wirtschaft, Arbeit und Technologie (TMWAT, Project no. 2011 FGR 0103) gefördert.