Neue experimentelle Methoden zur optischen Charakterisierung von laseraktiven und optisch nichtlinearen Kristallen

Eine wichtige Voraussetzung für die Fertigung von Lasersystemen sind optische Komponenten geprüfter Qualität. Während für Diodenlaser aussagekräftige Prüfverfahren existieren, fehlten bisher entsprechende Meßverfahren, die eine zuverlässige Beurteilung der Qualität von laseraktiven und optisch nichtlinearen Kristallen ermöglichen. In der vorliegenden Arbeit werden experimentelle Methoden zur präzisen quantitativen, zweidimensional aufgelösten Messung der optischen Eigenschaften dieser Kristalle vorgestellt. Wichtige untersuchte Eigenschaften optisch nichtlinearer Kristalle sind die optische Homogenität, die Verluste im Kristall und die erzielbaren Konversionseffizienzen. Laseraktive Kristalle werden insbesondere bezüglich der optischen Homogenität und der Spannungsdoppelbrechung charakterisiert. Die Automatisierung der Meßverfahren, eine hohe Langzeitstabilität und die kurze Meßzeit pro Meßpunkt ermöglichten zweidimensional aufgelöste Messungen mit räumlichen Auflösungen von bis zu 14 µm. Im ersten Teil der Arbeit werden die realisierten Meßverfahren theoretisch analysiert und bezüglich ihrer Güte charakterisiert. Es werden neue Messverfahren vorgestellt. So wird die Abweichung der Brechungsindexgradienten von einem mittleren Wert aus einer Verknüpfung der interferometrisch gemessenen Oberflächenbeschaffenheit mit den nach dem Schlierenverfahren gemessenen Gradienten der optischen Weglänge ermittelt. Zwei Verfahren zur Bestimmung linearer Verluste in Kristallen werden verglichen und erstmals zur zweidimensional hochaufgelösten Messung dieser wichtigen Charakterisierungsgröße verwendet. Im zweiten Teil der Arbeit werden die Meßverfahren zur Untersuchung des Einflusses von Kristallstörungen und Zuchtbedingungen auf die optischen Eigenschaften des laseraktiven Kristalls Nd: YAG angewendet. Zu diesem Zweck werden Querschnitte ganzer „Boules“ mit Durchmessern bis zu 50 mm untersucht. Im dritten und vierten Teil der Arbeit werden die optisch nichtlinearen Kristalle Kaliumniobat und Wismutborat umfassend zweidimensional aufgelöst charakterisiert. Dabei wird der Einfluß optischer Eigenschaften auf die Konversionseffizienzen untersucht. Wichtige Kristalleigenschaften von Wismutborat für die Frequenzverdopplung von Strahlung der Wellenlänge 1064 nm, wie die effektiven Nichtlinearitäten, die Verluste im Kristall, die Temperaturakzeptanzbreite und die Winkelakzeptanzbreite werden erstmals gemessen. Experimente zur Frequenzverdopplung von Strahlung hoher mittlerer Leistung und hoher Spitzenleistung in Wismutborat werden vorgestellt.