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Alumni-Preis 2019

Patrick Reiser für seine Masterarbeit: "Nichtlinear-Optischer Hochkonverter für die Laserspektroskopie im Mittleren Infrarot"

Alumni-Preis 2019

Patrick Reiser

Betreuer: PD Dr. Frank Kühnemann (Fraunhofer IPM)

 

Kurzzusammenfassung der Arbeit:

Nichtlinear-optische Hochkonversion ermöglicht es, mittelinfrarote Strahlung (MIR) in nahinfrarote Strahlung (NIR) umzuwandeln. Dies erlaubt die Detektion eines ursprünglichen optischen MIR-Signals mit überlegener NIR-Technologie. Auf diese Weise können Begrenzungen in Bezug auf die Empfindlichkeit, des dynamischen Bereichs und der Bandbreite eines MIR-Detektors überwunden werden.

Der nichtlinear-optische Hochkonverter in dieser Arbeit besteht aus einem periodisch-gepolten Lithiumniobat-Kristall, welcher sich innerhalb eines optischen Überhöhungsresonator befindet. Die hohen Intensitäten innerhalb des Resonators ermöglichen hohen Konversionseffizienzen und einen größeren dynamischen Bereich für die MIR-Spektroskopie, erfordern allerdings auch die Unterdrückung parasitärer Prozesse und die Berücksichtigung thermischer Effekte. Ein quantitatives Modell basierend auf einer thermischen Linse für den letztgenannten Prozess ist in dieser Arbeit entwickelt worden.

Ein maximale Quanteneffizienz von 27% für die Konversion eines MIR-Signals eines Quantenkaskadenlaser ist demonstriert worden. Außerdem weist der Konversionsprozess einen dynamischen Bereich von 85 dB auf und ermöglicht eine rauschäquivalente Leistung von 0.5 pW/Hz0.5. Der Konverter weist somit im Vergleich zu herkömmlichen Detektoren eine überlege Empfindlichkeit und einen höheren dynamischen Bereich auf. Er erlaubt es damit, Limitationen in der MIR-Laserspektroskopie zu überwinden.

 

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