Ein Vergleich von Absorbermaterialien zeigt, welche Faktoren die Pulsbildung in Mid-IR-Faserlasern ermöglichen

Mid-IR-Faserlaser gelten als vielversprechende Lichtquellen für Anwendungen in der Molekülanalytik, der Umweltüberwachung oder der medizinischen Diagnostik. In diesem Wellenlängenbereich absorbieren viele Gase und Biomoleküle besonders stark. Dieser Vorteil lässt sich jedoch nur nutzen, wenn die Laser kurze und energiereiche Pulse erzeugen können. Dafür braucht es ein zentrales Bauteil, das bislang schwer zu realisieren war: einen robusten, faserintegrierbaren saturable absorber, der die Pulsbildung zuverlässig auslöst.

Die Nachwuchsgruppe Ultrakurzpuls-Faserlasen um Dr. Maria Chernysheva hat gemeinsam mit Ko-Autoren untersucht, welche Materialeigenschaften darüber entscheiden, ob ein solcher Laser im Bereich um 2,8 Mikrometer tatsächlich kurze Pulse erzeugen kann. Dazu verglichen die Forschenden zwei unterschiedliche Ansätze in ein und derselben Laserarchitektur: einen aerosol-synthetisierten Kohlenstoffnanoröhrenfilm (CNT) und einen GaSb-basierten Halbleiterspiegel (SESAM).

Beide Materialien ermöglichten den Betrieb im sogenannten Q-switched mode-locking, einem Zustand, der zeigt, dass die grundlegende Pulserzeugung funktioniert. Doch der Vergleich macht die Unterschiede sichtbar: Während der CNT-Sättiger die Pulsbildung zuverlässig auslöst und sich ausgesprochen gut in eine rein faserbasierte Architektur integrieren lässt, erweist er sich bei höheren Leistungen als thermisch empfindlicher. Der GaSb-basierte SESAM dagegen arbeitet deutlich stabiler, wenn die Pumpleistung steigt, und erzeugt kürzere, energiehaltigere Pulse. Er ist in der Herstellung jedoch deutlich aufwendiger und weniger flexibel anpassbar.

„Wir zeigen, dass sich mit einem aerosolhergestellten CNT-Film tatsächlich Q-switched mode-locking im mittleren Infrarot erreichen lässt“, sagt Maria Chernysheva. „Das eröffnet neue Möglichkeiten für kompakte, faserbasierte Laserquellen und macht zugleich sichtbar, wie stark die Pulsdynamik von den Materialeigenschaften des Absorbers abhängt.“

„Der direkte Vergleich hilft uns zu verstehen, welche Parameter ein Absorber erfüllen muss, damit Mid-IR-Faserlaser zuverlässig kurze Pulse erzeugen“, ergänzt Erstautor Boris Perminov. „Das ist entscheidend, wenn wir solche Quellen künftig einfacher und stabiler gestalten wollen.“

Original-Publikation: https://doi.org/10.1002/adpr.202500065