Spektrale Pulsformung

Ultrakurz gepulste Laserstrahlung wird im Allgemeinen durch die Überlagerung vieler Lichtwellen ähnlicher Frequenz mit einer festen Phasenbeziehung relativ zueinander erzeugt. Die spektrale Verteilung der vorhandenen Frequenzen kann über die Bandbreite charakterisiert werden. Je mehr verschiedene Frequenzen vorhanden sind, desto größer ist die Bandbreite und desto kürzer ist der erzeugte Puls. Ultrakurz gepulste Laserstrahlung im mittleren infraroten Bereich hat eine sehr große Bandbreite von einigen hundert Nanometern (Die Angabe der Bandbreite erfolgt üblicherweise über die Wellenlängen). Mittels dispersiver optischer Elemente kann ein ultrakurzer Puls in seine spektralen Anteile aufgespaltet werden. Dadurch lässt sich der Puls im Spektralraum beliebig formen, indem man bspw. bestimmte Anteile ausblendet, abschwächt oder verzögert. Diese Pulsformung kann zum einen messtechnisch für 2D-IR-Spektroskopie und zum anderen zur effektiven Bearbeitung von Materialien verwendet werden.

Organische Materialien bestehend aus Kohlenwasserstoffen besitzen Molekülschwingungen deren Resonanzfrequenzen im mittleren Infrarot liegen. Diese können durch Laserstrahlung mit der gleichen Frequenz resonant angeregt werden. Bei ausreichend absorbierter Energie wird das Material verdampft. Zur Erzeugung von Laserstrahlung mit variabler Wellenlänge im mittleren Infrarot werden optisch parametrische Verstärker verwendet. Damit diese eine ausreichend hohe Konversionseffizienz erreichen, ist eingehende ultrakurz gepulste Laserstrahlung notwendig. Aufgrund der hohen Intensitäten von ultrakurz gepulster Laserstrahlung steigt jedoch die Wahrscheinlichkeit für nichtlineare Anregungsprozesse der Elektronen. Eine resonante Anregung von Molekülschwingungen wird somit unterdrückt. Die Formung der ultrakurzen Pulse ermöglicht bspw. durch Beschneidung der Bandbreite eine Verringerung der Wahrscheinlichkeit von nichtlinearen Prozessen und eine Erhöhung der relativen Absorption durch lineare Anregung von Molekülschwingungen. Dies ermöglicht eine völlig neue Möglichkeit organische Materialien zu bearbeiten.

 

Entwicklung innovativer Lasertechnologien für die sächsische Wirtschaft (Eila-Sax)

Laufzeit: 2018 - 2021
Förderung: SMWK / EU (ESF Nachwuchsforschergruppe)
Projektpartner:
  • Prof. Dr.-Ing. Dr. h.c. H. Exner
  • Prof. Dr. rer. nat. habil. A. Horn
  • Prof. Dr. rer. nat. S. Weißmantel
Projektleitung: Prof. Dr.-Ing. U. Löschner
Webseite: www.laser.hs-mittweida.de/institut/projekte/eila-sax.html
T. Pflug, P. Lungwitz, M. Olbrich, A. Horn:
Linear and Nonlinear Excitation of P3HT Induced by Spectral-Shaped Ultrafast Mid-IR Laser Radiation,
In: The Journal of Physical Chemistry C 124 (2020), Nr. 25, S. 13618-13626

Anfragen
Forschungsgruppenleiter
Prof. Dr. rer. nat. habil. Alexander Horn
Tel.: +49 (0) 3727 / 58-1069
Fax: +49 (0) 3727 / 58-21069
eMail: horn4(at)hs-mittweida.de