Rauscheigenschaften von passiv modengekoppelten Ytterbium-Faserlasern
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Rauscheigenschaften von passiv modengekoppelten Ytterbium-Faserlasern: Rauscharme Lasersysteme werden für zahlreiche Anwendungen wie unter anderem die optische Frequenzmetrologie benötigt. Obwohl Faserlaser im Vergleich zu herkömmlich genutzten Ultrakurzpuls-Titan:Saphir-Lasern schlechtere Rauscheigenschaften aufweisen, bieten sie dennoch entscheidende Vorteile wie die Justagefreiheit und geringe Kosten. Allerdings sind die Pulsenergien durch die hohen auftretenden nichtlinearen Effekte limitiert. Durch die Nutzung von `wave-breaking`-freien Pulsen in normal dispersiven Faserlasern ist es allerdings möglich die Pulsenergien gegenüber herkömmlichen Faserlasersystemen um bis zu eine Größenordnung zu erhöhen. Bezüglich der Rauscheigenschaften existieren für dieses Pulsregime jedoch bisher keine detaillierten Untersuchungen. In dieser Arbeit wurde ein entsprechendes Lasersystem realisiert, und es konnte durch einen Vergleich eines analytischen Modells zur Berechnung der Quantenrauscheinfl?sse mit numerischen Simulationen geklärt werden, dass das analytische Modell die Quantenrauscheinfl?sse um bis zu 14 dB unterschätzt. Eine Messung des entsprechenden Phasenrauschens der Repetitionsrate zeigte eine optimale Übereinstimmung mit den Ergebnissen der numerischen Simulationen, wodurch gezeigt werden konnte, dass die Rauscheinfl?sse nur durch Quantenfluktuationen dominiert waren. Zur vollständigen Charakterisierung der Rauscheigenschaften wurden zusätzlich das Phasenrauschen einer optischen Linie und das Rauschen der Schlupffrequenz (CEO-Frequenz) untersucht. Diese beiden Parameter sind über das Gummiband-Modell eng miteinander verknüpft. Es konnte gezeigt werden, dass resultierend aus den dominierenden Quantenrauscheinfl?ssen das optische Phasenrauschen im Vergleich zu dem Rauschen der CEO-Frequenz deutlich niedriger war, und dass der Fixpunkt des Gummibandes innerhalb des optischen Spektrums lag. Entsprechend war die spektrale Rauschleistungsdichte der CEO-Phasenfluktuationen einen Faktor ( opt/fRep)2 (? 140 dB) gréer als die der Phasenfluktuationen der Repetitionsrate, wodurch sich eine CEOFrequenz- Linienbreite von ca. 3MHz ergab. Insgesamt konnte erstmals experimentell und theoretisch gezeigt werden, dass Faserlaser aufgrund ihrer limitierten Pulsenergie, der großen Pulsdauer und der hohen resonatorinternen Verluste sehr starken Einflüssen von Quantenrauschen unterliegen, woraus sich ein erhöhter zeitlicher Jitter und hohe CEOFrequenz- Linienbreiten im MHz-Bereich ergeben können. Durch die gewonnenen Erkenntnisse war es möglich, ein neues Konzept für die Realisierung eines sehr rauscharmen Femtosekunden-Faserlasers zu formulieren. Taschenbuch.

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Rauscheigenschaften von passiv modengekoppelten Ytterbium-Faserlasern, Rauscharme Lasersysteme werden für zahlreiche Anwendungen wie unter anderemdie optische Frequenzmetrologie benötigt. Obwohl Faserlaser im Vergleichzu herkömmlich genutzten Ultrakurzpuls-Titan:Saphir-Lasern schlechtereRauscheigenschaften aufweisen, bieten sie dennoch entscheidende Vorteilewie die Justagefreiheit und geringe Kosten. Allerdings sind die Pulsenergiendurch die hohen auftretenden nichtlinearen Effekte limitiert. Durch die Nutzungvon wave-breaking-freien Pulsen in normal dispersiven Faserlasern istes allerdings möglich die Pulsenergien gegenüber herkömmlichen Faserlasersystemenum bis zu eine Grössenordnung zu erhöhen. Bezüglich der Rauscheigenschaftenexistieren für dieses Pulsregime jedoch bisher keine detailliertenUntersuchungen.In dieser Arbeit wurde ein entsprechendes Lasersystem realisiert, und es konntedurch einen Vergleich eines analytischen Modells zur Berechnung der Quantenrauscheinflüssemit numerischen Simulationen geklärt werden, dass das analytischeModell die Quantenrauscheinflüsse um bis zu 14 dB unterschätzt. EineMessung des entsprechenden Phasenrauschens der Repetitionsrate zeigteeine optimale Übereinstimmung mit den Ergebnissen der numerischen Simulationen,wodurch gezeigt werden konnte, dass die Rauscheinflüsse nur durchQuantenfluktuationen dominiert waren.Zur vollständigen Charakterisierung der Rauscheigenschaften wurden zusätzlichdas Phasenrauschen einer optischen Linie und das Rauschen der Schlupffrequenz(CEO-Frequenz) untersucht. Diese beiden Parameter sind über dasGummiband-Modell eng miteinander verknüpft. Es konnte gezeigt werden,dass resultierend aus den dominierenden Quantenrauscheinflüssen das optischePhasenrauschen im Vergleich zu dem Rauschen der CEO-Frequenz deutlichniedriger war, und dass der Fixpunkt des Gummibandes innerhalb des optischenSpektrums lag. Entsprechend war die spektrale Rauschleistungsdichteder CEO-Phasenfluktuationen einen Faktor ("opt/fRep)2 (˜ 140 dB) grösserals die der Phasenfluktuationen der Repetitionsrate, wodurch sich eine CEOFrequenz-Linienbreite von ca. 3MHz ergab.Insgesamt konnte erstmals experimentell und theoretisch gezeigt werden, dassFaserlaser aufgrund ihrer limitierten Pulsenergie, der grossen Pulsdauer undder hohen resonatorinternen Verluste sehr starken Einflüssen von Quantenrauschenunterliegen, woraus sich ein erhöhter zeitlicher Jitter und hohe CEOFrequenz-Linienbreiten im MHz-Bereich ergeben können. Durch die gewonnenenErkenntnisse war es möglich, ein neues Konzept für die Realisierung einessehr rauscharmen Femtosekunden-Faserlasers zu formulieren.AbstractUltrafast low-noise lasers are used in optical frequency metrology and variousother applications. Although ultrafast fiber lasers have unfavorable noise characteristicscompared to commonly used Titanium-sapphire lasers, they offer avariety of essential advantages. Fiber lasers are alignment insensitive and costeffective. However, in fiber lasers the pulse energy is limited due to the strongnonlinear effects inside the fiber. This drawback can be overcome by generatingwave-breaking free pulses in all-normal dispersion fiber lasers. This classof fiber lasers enables one order of magnitude higher pulse energies comparedto conventionally used fiber lasers. But so far, there have been no detailedinvestigations on the noise characteristics of all-normal dispersion fiber lasers.In this thesis an all-normal dispersion Ytterbium fiber laser operating in thewave-breaking free pulse regime was realized. The experimentally determinedtiming jitter of the fiber laser excellently agrees with the results of a numericalmodel for the quantum noise of the laser, whereas a simple analytical modelunderestimates the noise spectral density by ˜14 dB. The excellent agreementbetween the numerical model and experimental results proves that the phasenoise of the laser system was ***ted by quantum noise sources instead oftechnical noise sources.To achieve a complete noise characterization, the phase noise of an opticalline and the noise of the carrier-envelope-offset (CEO) freq.

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Rauscheigenschaften von passiv modengekoppelten Ytterbium-Faserlasern, Rauscharme Lasersysteme werden für zahlreiche Anwendungen wie unter anderemdie optische Frequenzmetrologie benötigt. Obwohl Faserlaser im Vergleichzu herkömmlich genutzten Ultrakurzpuls-Titan:Saphir-Lasern schlechtereRauscheigenschaften aufweisen, bieten sie dennoch entscheidende Vorteilewie die Justagefreiheit und geringe Kosten. Allerdings sind die Pulsenergiendurch die hohen auftretenden nichtlinearen Effekte limitiert. Durch die Nutzungvon wave-breaking-freien Pulsen in normal dispersiven Faserlasern istes allerdings möglich die Pulsenergien gegenüber herkömmlichen Faserlasersystemenum bis zu eine Grössenordnung zu erhöhen. Bezüglich der Rauscheigenschaftenexistieren für dieses Pulsregime jedoch bisher keine detailliertenUntersuchungen.In dieser Arbeit wurde ein entsprechendes Lasersystem realisiert, und es konntedurch einen Vergleich eines analytischen Modells zur Berechnung der Quantenrauscheinflüssemit numerischen Simulationen geklärt werden, dass das analytischeModell die Quantenrauscheinflüsse um bis zu 14 dB unterschätzt. EineMessung des entsprechenden Phasenrauschens der Repetitionsrate zeigteeine optimale Übereinstimmung mit den Ergebnissen der numerischen Simulationen,wodurch gezeigt werden konnte, dass die Rauscheinflüsse nur durchQuantenfluktuationen dominiert waren.Zur vollständigen Charakterisierung der Rauscheigenschaften wurden zusätzlichdas Phasenrauschen einer optischen Linie und das Rauschen der Schlupffrequenz(CEO-Frequenz) untersucht. Diese beiden Parameter sind über dasGummiband-Modell eng miteinander verknüpft. Es konnte gezeigt werden,dass resultierend aus den dominierenden Quantenrauscheinflüssen das optischePhasenrauschen im Vergleich zu dem Rauschen der CEO-Frequenz deutlichniedriger war, und dass der Fixpunkt des Gummibandes innerhalb des optischenSpektrums lag. Entsprechend war die spektrale Rauschleistungsdichteder CEO-Phasenfluktuationen einen Faktor ("opt/fRep)2 (˜ 140 dB) grösserals die der Phasenfluktuationen der Repetitionsrate, wodurch sich eine CEOFrequenz-Linienbreite von ca. 3MHz ergab.Insgesamt konnte erstmals experimentell und theoretisch gezeigt werden, dassFaserlaser aufgrund ihrer limitierten Pulsenergie, der grossen Pulsdauer undder hohen resonatorinternen Verluste sehr starken Einflüssen von Quantenrauschenunterliegen, woraus sich ein erhöhter zeitlicher Jitter und hohe CEOFrequenz-Linienbreiten im MHz-Bereich ergeben können. Durch die gewonnenenErkenntnisse war es möglich, ein neues Konzept für die Realisierung einessehr rauscharmen Femtosekunden-Faserlasers zu formulieren.AbstractUltrafast low-noise lasers are used in optical frequency metrology and variousother applications. Although ultrafast fiber lasers have unfavorable noise characteristicscompared to commonly used Titanium-sapphire lasers, they offer avariety of essential advantages. Fiber lasers are alignment insensitive and costeffective. However, in fiber lasers the pulse energy is limited due to the strongnonlinear effects inside the fiber. This drawback can be overcome by generatingwave-breaking free pulses in all-normal dispersion fiber lasers. This classof fiber lasers enables one order of magnitude higher pulse energies comparedto conventionally used fiber lasers. But so far, there have been no detailedinvestigations on the noise characteristics of all-normal dispersion fiber lasers.In this thesis an all-normal dispersion Ytterbium fiber laser operating in thewave-breaking free pulse regime was realized. The experimentally determinedtiming jitter of the fiber laser excellently agrees with the results of a numericalmodel for the quantum noise of the laser, whereas a simple analytical modelunderestimates the noise spectral density by ˜14 dB. The excellent agreementbetween the numerical model and experimental results proves that the phasenoise of the laser system was ***ted by quantum noise sources instead oftechnical noise sources.To achieve a complete noise characterization, the phase noise of an opticalline and the noise of the carrier-envelope-offset (CEO) freq.

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