Entstehungsdynamik und Phaseneigenschaften von Weißlicht-Superkontinua aus gezogenen Glasfasern

Abstract

In dieser Arbeit werden Resultate aus Untersuchungen zur Entstehungsdynamik von breitbandigen Lichtkontinua aus nichtlinearen Glasfasern vorgestellt. Die Fasern werden durch die Verjüngung eines Stücks einer herkömmlichen Telekommunikationsglasfaser hergestellt. Dabei entstehen Taillen im Bereich von einem Mikrometer in denen das eingekoppelte Licht propagieren kann. Über die Stimulation nichtlinearer Effekte kann in diesen gezogenen Glasfasern die spektrale Bandbreite ultrakurzer Lichtpulse auf viele hundert Nanometer vergrößert werden. Die Komponenten der resultierenden Spektren überstreichen einen Bereich von tiefblauen bis hin zu weit im Infraroten liegenden Wellenlängen. Aus dem komplexen Zusammenspiel verschiedener Mechanismen während der Entstehung eines solchen Lichtkontinuums ergeben sich starke Abhängigkeiten der Kontinuumseigenschaften von den Eingangsparametern. Um das entstehende Licht an die Anforderungen der vielen Anwendungsmöglichkeiten aus dem Bereich der Spektroskopie oder der Ultrakurzpulsoptik anzupassen, ist daher eine möglichst genaue Kenntnis der Entstehungsdynamik und deren Auswirkung auf die resultierenden Eigenschaften der Kontinuumspulse notwendig.<br /> In einem Experiment wurden gezielt die Eingangsparameter der Kontiuumserzeugung mit Hilfe eines optischen Impulsformers manipuliert. Die Eigenschaften des resultierenden breitbandigen Spektrums wurden sowohl frequenzals auch zeitaufgelöst untersucht. Mit diesem Verfahren konnte die Dynamik des Haupteffektes bei dieser Art der Superkontinuumserzeugung, die Entstehung und Aufspaltung von Solitonen, sichtbar gemacht bzw. zeitlich verfolgt werden. Theoretische Vorhersagen dieses Effekts konnten bestätigt und nachvollzogen werden.<br /> Eine der wichtigsten Eigenschaften der Kontinua im Hinblick auf die Verwendung des Weißlichtes in der Ultrakurzpulsoptik ist die Phasenstabilität einzelner spektraler Komponenten in aufeinander folgenden Lichtpulsen. Mit Hilfe von Interferenzexperimenten konnte die Phasenstabilität für verschiedene Eingangspulslängenregime vermessen werden. Eine Interpretation der experimentellen Ergebnisse sowie eine Erweiterung dieser Resultate durch numerische Simulationen, erlaubt ein tiefes Verständnis der Rauschübertragung durch die Entstehungsdynamik der Weißlicht-Kontinua.<br /> Aus den Untersuchungen ergibt sich als wichtigste Ursache für den Verlust der Phasenstabilität im Femtosekunden-Regime die bei der Entstehung des Kontinuums vorherrschende Solitonendynamik. Ziel der im letzten Kapitel vorgestellten Experimente war es daher, eine Anordnung zu finden, in der die Dynamik durch einen anderen, phasenstabilen Prozess geprägt wird. Dazu wurden Experimente durchgeführt, in denen dem Pumppuls während der Propagation in der gezogenen Glasfaser ein weiterer Lichtpuls, ein Signalpuls, überlagert wurde. Mit Hilfe dieser Anordnung ist es gelungen in den Fasern gezielt den nichtlinearen Prozess des Vier-Wellen-Mischens zu stimulieren. Zur Wahl eines Signalpulses geeigneter Wellenlänge wurde dabei wiederum die große Bandbreite der Superkontinua ausgenutzt, indem der Signalpuls schmalbandig aus dem Weißlicht einer weiteren gezogen Glasfaser extrahiert, und mit dem Pumppuls in einer Experimentierfaser überlagert wurde.