a) Ultrashort Laser Pulses in the Pico- and Femtosecond Range
Generation
and
detection
of
ultrashort
light
pulses
are
generally
based
on
nonlinear
inter
-
actions
of
laser
radiation
in
optical
crystals
and
glasses.
They
can
favorably
be
used
for
stret
-
ching or compressing the pulses or generating new frequencies.
Nonlinear Effects in Optical Fibers
Nonlinear
effects
and
their
mutual
interaction
together
with
dispersion
are
of
fundamental
importance
in
broadband
optical
com
-
muni
cation
systems
with
glass
fibers.
They
can
seriously
limit
the
trans
mis
-
sion
bandwidth
and
distance
between
repeaters;
on
the
other
hand
their
ap
-
propriate
and
right
consider
ation
can
significantly improve the operation conditions of a system.
The most important nonlinear effects which affect the propagation of pulses in fibers are
•
Self-Phase Modulation (SPM)
•
Stimulated Raman Scattering (SRS) and
•
Four-Wave-Mixing (FWM) in birefringent fibers
Dependent
on
the
peak
intensity
and
shape
of
the
pulses
as
well
as
the
fiber
parameters,
in
particular
the
dispersion,
these
effects
are
significantly
reshaping
the
pulse
form,
and
there
-
fore
a
deeper
understanding
of
these
processes
is
important
for
an
optimum
design
of
a
com
-
munication system.
Pulse Compression
The
different
nonlinear
effects
in
fibers
can
also
favorably
be
used
via
postprocessing
to
further shorten laser pulses.
In
a
first
step
these
pulses
pass
a
single
mode
fiber,
where
they
undergo
strong
SPM
with
spectral
broadening
while
si
-
multaneously
being
stretched
due
to
the
fiber dispersion.
In
a
second
step
these
pulses
are
com
-
pressed,
when
they
are
passing
a
fre
-
quency
selective
delay
line
in
form
of
an
optical
grating
pair
or
a
prism
configura
-
tion.
Under
appropriate
conditions
bandwidth limited pulses reciprocal to their spectral broadening can be gene
rated.
In
this
way
pulses
from
a
mode-locked
Nd:YAG
laser
generating
pulses
of
about
70
ps
are
compressed by a factor of 70 down to 1ps.
Additive-Pulse-Modelocking
An
optical
fiber
can
also
be
used
as
part
of
a
conventional
laser.
In
this
case
spectral
broad
-
ening
in
the
fiber
due
to
SPM
counteracts
spectral
narrowing
by
the
active
medium.
In
a
ring
configuration
pulses
from
the
main
laser
resonator
are
launched
into
both
propaga
-
tion
directions
of
a
monomode
fiber.
When
the
propagation
through
the
fiber
matches
the
cavity
length,
self-modelocking
is
ob
-
served.
For
lamp-
and
semiconductor
pumped
Nd:YAG-lasers
additive-pulse-mode
-
locking
with
high
average
power
and
pulse
widths down to 5 ps can re realized.
Fiber-Grating-Raman-Laser
Different
to
fiber
lasers
with
a
doped
core
like
praseodymium-,
neodymium-
or
erbium-fiber
lasers
the
core
itself
can
act
as
amplifying
medium
taking
advantage
of
the
nonlinear
process
of
Stimulated
Raman
Scattering
(SRS).
Generally
this
effect
allows
to
generate
pulses
on
new
wavelengths
(Stokes
shift)
and
with
ultrashort
pulse
widths
due
to
the
broad
Raman
gain
pro
-
file.
But
the
walk-off
between
Stokes
and
pump
pulses
considerably
limits
the
Raman
conversion and pulse quality.
With
a
birefringent
fiber
and
taking
advan
-
tage
of
perpendicular
SRS
as
well
as
cross
phase
modulation
the
group
velocity
mis
-
match
can
be
overcome
and
pulses
of
0.8
ps
duration
at
a
wavelength
of
1.1
µm
are
gene
-
rated,
which
can
be
tuned
over
40
nm
in
their
wavelength by cooling the fiber.
Doctoral Theses
M. Kuckartz
Nichtlineare Effekte in optischen Einmoden-Fasern und ihre Anwendungen zur Erzeugung ultrakurzer
Lichtimpulse mit einem Nd:YAG Laser
School of Electrical Engineering, Helmut-Schmidt-Uiversity, Hamburg 1989
R. Schulz
Signalausbreitung in Glasfasern unter dem Einfluss nichtlinearer optischer Wechselwirkungen
– Erzeugung wellenlängen-abstimmbarer ultrakurzer Lichtimpulse im nahen Infrarotbereich -
School of Electrical Engineering, Helmut-Schmidt-Uiversity, Hamburg 1993
H. Groninga
Additive Puls Modenkopplung eines Nd:YAG-Lasers
– Untersuchungen an einem selbststabilisierenden System -
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Schnell scannender Autokorrelator zur Messung von Pikosekunden Laserimpulsen
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M. Kuckartz, R. Schulz, H. Harde
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R. Schulz, M. Kuckartz, H. Harde
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O. Friedrich, M. Kuckartz, H. Harde
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M. Kuckartz, R. Schulz, H. Harde
Charakterisierung eines Faser-Gitter Kompressors im Raman-Bereich
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R. Schulz, M. Kuckartz, H. Harde
Untersuchungen zur Kompression von Stokes-Impulsen durch einen Faser-Gitter Kompressor
Frühjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Sektion Quantenoptik, Bonn, 23. März 1988,
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R. Schulz, M. Kuckartz, H. Harde
Doppelbrechungsabhängige Wellenlängenabstimmung eines Faser-Gitter-Raman Lasers
Frühjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Arbeitsgemeinschaft Quantenoptik, Essen,
6. März 1989, Verhandl. DPG (VI) 24, Q 6.3 (1989)
R.Schulz, H. Harde
Senkrechte Raman-Streuung in doppelbrechenden optischen Fasern
Frühjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Arbeitsgemeinschaft Quantenoptik, München,
13. März 1990, Verhandl. DPG (VI) 25, Q 9.1, 459 (1990)
R.Schulz, H. Harde
Ein abstimmbarer Faser-Ringlaser unter Ausnutzung von senkrechter Raman-Streuung
Frühjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Arbeitsgemeinschaft Quantenoptik, München,
13. März 1990, Verhandl. DPG (VI) 25, Q 9.2, 459 (1990)
R. Schulz, D. Giesecke, H. Harde
Untersuchung zur Kompression von Impulsen eines Faser-Raman-Ring-Lasers
Frühjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Arbeitsgemeinschaft Quantenoptik, Freiburg,
13. März 1991, Verhandl. DPG (VI) 26, Q 15.2, 841 (1991)
R. Schulz, D. Giesecke, H. Harde
Ermittlung des Raman-Verstärkungskoeffizienten für senkrechte Raman-Streuung
Frühjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Arbeitsgemeinschaft Quantenoptik, Freiburg,
13. März 1991, Verhandl. DPG (VI) 26, Q 15.3, 841 (1991)
R. Schulz, H. Harde
Vierwellen-Mischung und Raman-Streuung in Optischen Fasern
Laserkolloquium Hannover, Hannover, 7. Dezember 1991
R. Schulz, H. Harde
Kombinierte Wirkung von Vierwellenmischung und stimulierter Raman-Streuung in doppelbrechenden Fasern
Frühjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Arbeitsgemeinschaft Quantenoptik, Hannover,
26. März 1992, Verhandl. DPG (VI) 27, Q 30.7, 1446 (1992)
R. Schulz, H. Harde
Impulsausbreitung in doppelbrechenden Fasern unter dem Einfluss von Vier-Wellen-Mischung und stimulierter
Raman-Streuung
Poster Lasertag 1992, Hannover, 2. Dezember 1992
H. Harde, R. Schulz
Optisches Wellenbrechen von Stokesimpulsen
Frühjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Arbeitsgemeinschaft Quantenoptik, Berlin,
15. März 1993, Verhandl. DPG (VI) 28, Q 11.6, 391 (1993)
R. Schulz, H. Harde
Nutzung optischer Nichtlinearitäten in doppelbrechenden Fasern zur Erzeugung ultrakurzer Lichtimpulse
Frühjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Arbeitsgemeinschaft Quantenoptik, Hamburg,
14. März 1994, Verhandl. DPG (VI) 29, Q 2D.1, 644 (1994)
H. Groninga, H. Harde
Untersuchungen an einem leistungsstabilisierten APM-Nd:YAG Laser mit frequenzverdoppelndem externen
Resonator
Frühjahrstagung der Deutschen Physikalischen Gesellschaft, Arbeitsgemeinschaft Quantenoptik, Hamburg,
17. März 1994, Verhandl. DPG (VI) 29, Q 9E.2, 707 (1994)
H. Groninga, H. Harde
Simulation und Betrieb eines APM-Nd:YAG Lasers
Poster Lasertag 1994, Hannover, 7. Dezember 1994
R. Schulz, H. Harde
Kombinierte Vier-Wellenmischung und Raman-Streuung in doppelbrechenden Fasern
Poster Lasertag 1994, Hannover, 7. Dezember 1994
H. Groninga, H. Harde
Vorstellung eines selbststabilisierenden APM-Nd:YAG Lasers
Frühjahrstagung der Deutschen u. Österreichischen Physikalischen Gesellschaft, Arbeitsgemeinschaft
Quantenoptik, Innsbruck, 28. Februar 1995,
Verhandl. DPG (VI) 30, Q 2D.3, 323 (1995)
H. Groninga, H. Harde
Der selbststabilisierende APM-Nd:YAG-Laser
Poster Lasertag 1995, Hannover, 6. Dezember 1995
H. Groninga, H. Harde
Modell für einen selbststabilisierenden APM-Nd:YAG Laser
Frühjahrstagung der DPG, Sektion Quantenoptik, Jena, 14. März 1996,
Verhandl. DPG (VI) 31, Q 36.6, 284 (1996)
H. Groninga, H. Harde
Diodengepumpter APM-Nd:YAG-Laser mit hoher Repetitionsrate
Poster Lasertag 1996, Hannover, 11. Dezember 1996
H. Groninga, H. Harde
Halbleiter gepumpter APM-Nd:YAG Laser mit selbststabilisierendem Verhalten und hoher Repetionsrate
Frühjahrstagung der DPG, Arbeitsgemeinschaft Quantenoptik, Mainz, 6. März 1997,
Verhandl. DPG (VI) 32, Q 41.3, 351 (1997)
Physics & Climate