Aufbau und Optimierung eines mehrstufigen Verstärkersystems zur Laser-Ionenkühlung

Design and optimization of a multistage amplifier system for laser cooling of ions

  • Diese Arbeit entstand aus vorangegangenen Experimenten, Ionen in einem Speicherring mit einem Dauerstrich-Laser zu kühlen. In der vorgelegten Arbeit wurde ein mehrstufiges, gepulstes Lasersystem entwickelt, welches eine intensivere Ionenkühlung zum Ziel hat. Hauptaugenmerk liegt hierbei zunächst auf der Erzeugung bandbreitenlimitierter Pulse mit einer Impulsdauer von 50 ps, was einer spektralen Breite von 30 pm entspricht. Des Weiteren ist es erforderlich, eine Pulsenergie von 5 µJ bei einer Pulswiederholrate von 1 MHz zu erreichen. Die initiale Pulswiederholungsrate von 78 MHz der Quelle wird von dem fs-Oszillator Mikan bereitgestellt, wodurch die geforderten 1MHz mit einer Pulspickerzelle eingestellt werden kann. Der in dieser Arbeit entstandene Monochromator erreichte die geforderte Bandbreite 30pm bei der nötigen Leistungsübertragung von 0,1%. Diese bandbreitenlimitierten Pulse konnten in der aufgebauten ersten Multipassverstärkerstufe erfolgreich verstärkt werden. Mit einem in dieser Arbeit entstandenem schmalbandigem cw-Laser konnten das Verstärkersystem und der Monochromator schmalbandig und variabel in der Wellenlänge gespeist werden. Mit der breitbandigen Quelle des Mikan und der schmalbandigen Quelle des cw-Lasers konnten die aufgebauten Systeme ausführlich untersucht werden. Dabei wurde besonderen Wert auf das Konzept des Multipasses und des verwendeten Yb:YAG-Laserkristalls gelegt. Diese Untersuchungen stellten das Fundament für die Verstärkerstufen des Ionenkühlexperimentes dar. Die Systeme wurden alle modular aufgebaut, so kann am Speicherring unter maßvollem Aufwand das bisher gezeigte Leistungsspektrum reproduziert werden.
  • This work arose from previous experiments, to cool ions in a storage ring with a continuous wave laser. In the presented work a multi-level, pulsed laser system was developed, with the goal to provide a more intense ion cooling. The main focus lies initially on the production of bandwidth-limited pulses with a pulse duration of 50 ps, which corresponds to a spectral equivalent width of 30 pm. Furthermore, it is necessary to provide a pulse energy of 5 µJ with a repetition rate of 1 MHz. The initial pulse repetition rate of 78 MHz of the source is provided by the fs-oscillator Mikan, whereby the required 1 MHz can be adjusted with a pulse picker cell. The resulting monochromator of this work reached the required bandwidth of 30 pm with the necessary transmission of power from 0,1%. These bandwidth-limited pulses were successful amplified in the first multipass amplifier stage, wich was build up in this work. The narrowband cw-laser constructed for this work was the source for the amplifier system and the monochromator and enabled a narrowband and variable wavelength output. The broadband Mikan oscillator and the narrowband cw-laser gave the ability to investigate the constructed systems in detail. There was special focus on the concept of the multipass and the used Yb:YAG laser crystal. These studies have also set the foundation for the amplifier stages of future ion cooling experiment. All systems were build modular, so they can be set up at the storage ring at moderate effort and can reproduce the power spectrum.

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Metadaten
Author:Uwe Stuhr
Advisor:Mathias SieboldGND
Document Type:Master's Thesis
Language:German
Name:Forschungszentrum Dresden-Rossendorf
Bautzner Landstraße 400, 01328 Dresden
Date of Publication (online):2012/09/13
Year of first Publication:2012
Publishing Institution:Westsächsische Hochschule Zwickau
Date of final exam:2012/07/27
Tag:Etalon; Multipass
GND Keyword:Optischer Verstärker; Abstimmbarer Laser; Laser; Diodengepumpter Laser; Ytterbium-YAG-Laser; YAG-Laser; Laserverstärker; Monochromato
Page Number:92 Seiten, 54 Abb., 1 Tab., 24 Lit.
Faculty:Westsächsische Hochschule Zwickau / Physikalische Technik, Informatik
Release Date:2012/09/13