Aufbau und Charakterisierung eines optischen parametrischen Verstärkers im nahen infraroten Spektralbereich

Kurzfassung

Die satellitengestützte Messung von CO2 ist ein hochaktueller Forschungsgegenstand. Das Differential-Absorptions-Lidar (DIAL) Verfahren besitzt das Potential für globale, satellitengestützte Messungen von CO2. Von bisherigen entwickelten Systemen konnten jedoch die notwendigen Anforderungen an eine geeignete Laserquelle nicht erreicht werden. Ziel dieser Arbeit ist es daher, den Transmitter eines DIAL-Systems weiterzuentwickeln und die Anforderungen eines weltraumgestützten Systems nachzuweisen. Ein kritischer Punkt hierbei ist die nötige Signalenergie mit ausreichend guten räumlichen Eigenschaften zu erreichen. Die Signalenergie wird durch einen optischen parametrischen Oszillator (OPO) mit Kalium-Titanyl-Phosphat (KTP), als nichtlinearen Medium, erzeugt und durch einen optisch parametrischen Verstärker (OPA) mit Kalium-Titanyl-Arsenat (KTA), als nichtlinearen Medium, verstärkt. Der OPA wurde in verschiedenen Kristallsystemen mit Hilfe von bis zu vier KTA-Kristallen aufgebaut. Für die Aufbauten wurden Verstärkungseigenschaften, erreichte Signalenergie und Effizienz des Prozesses ausgewertet und analysiert. Nach der Optimierung des OPA-Prozesses wurde die nötige Signalenergie von 52,5mJ mit einer gesamten Konversionseffizienz von 39% erreicht. Darüber hinaus erreichte der OPA Verstärkungsfaktoren von mehr als 35. Der zweite Schwerpunkt der Arbeit war die Messung der räumlichen Ausbreitungseigenschaften bzw. des Strahl-Parameter-Produkts M². Für die M²-Messung des OPO wurde eine neuartige InGaAs-Kamera eingesetzt. Das Kamerasystem wurde bezüglich Aussteuerungsverhalten, nichtlinearer Dynamik und deren Offset vermessen. Es stellte sich jedoch heraus, dass es aus technischen Gründen nicht möglich war das M² korrekt zu bestimmen. Es konnten dennoch quantitative Messungen zur Strahlanalyse durchgef¨uhrt werden, welche kaum Änderungen des Strahlprofils auf Grund des Verstärkungsprozesses zeigten. Mit diesen Eigenschaften ist das untersuchte OPO-OPA System ein potentieller Kandidat für einen Satelliten getragenen Lidartransmitter zur Messung von CO2.