Thulium:Holmium-Co-Doped Fiber Lasers. Power Scaling and Long-Wavelength Emission

Ein wesentlicher Bestandteil der aktuellen Laserforschung befasst sich mit der Leistungsskalierung und Erzeugung neuer Emissionswellenlängen zur schrittweisen Schließung der Lücken im elektromagnetischen Spektrum der optischen Strahlung. Die Grundlage für die Erzeugung direkter Laserstrahlung in einem bestimmten Wellenlängenbereich liegt in geeigneten aktiven Materialien. Die eingeschränkte Verfügbarkeit dieser aktiven Materialien schränkt die möglichen zu erzeugenden Wellenlängen bereits stark ein. Zwei Wellenlängenbereiche, die sich gerade aufgrund eines breiten potentiellen Einsatzbereiches aus einer Nische heraus entwickeln, befinden sich bei 2 µm und 3-5 µm. Durch das Abdecken von atmosphärischen Transmissionsfenstern und verschiedenen Absorptionsbanden zeigt sich die Strahlung als hochinteressant für Anwendungen wie z.B. der Fernerkundung, der Kunststoffbearbeitung oder der Medizin. Während es im 2 µm Bereich noch geeignete aktive Materialien in Kombination mit passenden Wirtsmaterialen gibt, die sich hervorragend für den Hochleistungsbereich eignen, wie mit seltenen Erden dotierten Silika Glasfasern, ist dies im mittleren Infrarotbereich von 3-5 µm nicht mehr der Fall. Als Alternative kann hier auf nichtlineare Konversion zurückgegriffen werden, wobei 2 µm Laserquellen bereits das Potential gezeigt haben als Pumpquelle zu dienen. Sowohl für die direkten Anwendungen als auch die indirekte Anwendung des Laserlichts für die nichtlineare Konversion ist das Erzeugen von längerer 2 µm Strahlung (≥ 2,09 µm) essentiell und bietet im Vergleich zu den etwas kürzeren Wellenlängen (< 2,09 µm) erhebliche Vorteile. Die beiden Zugpferde im 2 µm Faserlaserbereich basierend auf Thulium und Holmium kommen jedoch bei den angedachten Wellenlängen an ihre Grenzen oder sind schlichtweg ungeeignet für kompakte Aufbauten. Dies stellt die Leistungsskalierung im langwelligen 2 µm Bereich vor enorme Herausforderungen.