Profilanalyse von Erbiumlasern

Erbiumlaser haben für die Medizin eine besondere Bedeutung. Sie werden z.B. in der Augenheilkunde zur Behandlung des grauen Stars eingesetzt. Für den Forscher ist bei der Entwicklung das transversale Laserprofil von besonderen Interesse. Da der Laser recht kurze Pulse hat (50 bis 500 ms) und die Wellenlänge der Erbiumlaser knapp unterhalb von 3 µm liegt, ist die schnelle ortsauflösende Bilderfassung mit den verfügbaren Methoden nur eingeschränkt möglich.

Der in diesen verwendeten Versuchsaufbau ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Versuchsaufbau zur Profilanalyse. von IR-Erbiumlaser

Der aufgeweitete Strahl (Linsen L1 und L2) wird abgeschwächt (Filter) auf den IR-Konverter abgebildet. Das konvertierte Bild wird mit einer intensivierten CCD-Kamera.

Die folgende Bilderserie zeigt eine Reihe an verschiedenen Moden, die mit diesem Versuchsaufbau gemessen wurden. Zuerst wurde das Modenprofil in Abhängigkeit der Repetitionsrate untersucht.

Abhängigkeit des Modenprofils von der Repetitionsrate.

Dabei zeigt sich, dass mit steigender Frequenz höhere Moden angeregt werden. In der Folge wurde bei fester Frequenz die zeitliche Entwicklung eines Pulses näher untersucht.

Zeitlichen Entwicklung des Modenprofils. (a) zeigt das Profil eines kompletten Pulses aufgenommen mit einer Belichtungszeit von 200 µs; (b) bis (e) Aufnahmen mit einer Belichtungszeit von 10 µs zu den jeweils angegebenen Zeitpunkten.

Beobachtet man einen kompletten Puls (Bild a), zeigt sich ein Modenprofil, das bei der vorliegenden Konfiguration des Lasers aus vier Streifen besteht. "Zerlegt" man diesen Puls, in dem man zu unterschiedlichen Zeitpunkten mit einer kurzen Belichtungszeit Aufnahmen macht, zeigen sich Strukturen, die auf der längeren Zeitskala nicht beobachtet werden können.

In diesen Untersuchungen konnte der IR-Konverter seine Tauglichkeit im Bereich der Laserprofilanalyse voll unter Beweis stellen.