Bereits vier Jahre nach der Realisierung des ersten Lasers konnte im Jahr 1964 die erste Kopplung von longitudinalen Moden in einem He-Ne-Laser durch Längenmodulation des Laserresonators realisiert werden und damit die ersten kurzen Lichtimpulse aus einem Laser. Ausgehend von diesem Experiment zeigte die Entwicklung von Ultrakurzimpulslasern einen stetigen Fortschritt, so dass im Jahr 1987 mit 6 fs, d.h. 6 fs = 6 Femtosekunden = 6 x 10^(-15) s, die bis dahin kürzeste Lichtimpulsdauer gemessen werden konnte; ein Weltrekord der erstaunlicherweise fast zwölf Jahre ungebrochen blieb, bis gegen Ende der 1990er Jahre neue optische Verstärkungsmedien sowie neue Verfahren zur Modenkopplung entwickelt wurden. Schließlich wurden diese neuen Forschungsarbeiten im Jahr 1999 mit Impulsdauern von ca. 5 fs aus einem einzelnen Titan:Saphir-Laseroszillator belohnt.
Was augenscheinlich nach keinem wirklichen Fortschritt aussieht, war ein entscheidender Beitrag auf dem Weg zu kommerziellen und routinemäßig nutzbaren Ultrakurzimpuls-Lasersystemen. Denn diese ultrakurzen Lichtimpulse werden nun in einem recht kompakten Gerät erzeugt und die resultierenden ultrakurzen Lichtimpulse können dennoch eine Spitzenleistung bis in den Megawatt-Bereich aufweisen, eine Verbesserung um viele Größenordnungen im Gegensatz zu den Resultaten früherer Arbeiten. Mit diesen Eigenschaften lassen sich nun ultrakurze Lichtimpulse in zahlreichen Experimenten, aber auch in einer Vielfalt von industriellen Anwendungen einsetzen. Die verfügbaren Impulsparameter ermöglichen vor allem die Untersuchung und Nutzung schneller Vorgänge in Natur und Technik sowie nichtlinearer optischer Prozesse. Aber auch Präzisionsmessungen von Frequenz, Zeit und Länge sind dadurch möglich geworden, sowie eine hochgenaue und universelle Bearbeitung unterschiedlichster Material- und Gewebearten in Technik bzw. Medizin, weshalb über die Jahre einige Nobelpreise im Zusammenhang mit ultrakurzen Laserimpulsen verliehen worden sind.
Zum prinzipiellen und anwendungsorientierten Verständnis moderner Ultrakurzzeit-Messverfahren im interdisziplinären Umfeld von Physik, Chemie und Biologie beinhaltet die Einführung in die Ultrakurzimpulsoptik verschiedene anwendungsbezogene Beispiele für den Einsatz von Ultrakurzimpulslasern. Des Weiteren wird auf Verfahren zur Messung und Manipulation von ultrakurzen Lichtimpulsen eingegangen, um grundlegende Prinzipien zur Erzeugung und Formung der Lichtimpulse zu vermitteln, als Grundlage für die eigenständige Vertiefung des Wissens über die zahlreichen innovativen Möglichkeiten der Ultrakurzimpuls-Technologie.
Already four years after the realization of the first laser, the first coupling of longitudinal modes in a He-Ne laser by length modulation of the laser resonator could be realized in 1964 and thus the first short light pulses from a laser. Starting from this experiment, the development of ultrashort pulse lasers showed a steady progress, so that in 1987 the shortest light pulse duration up to that time could be measured with 6 fs, i.e. 6 femtoseconds = 6 x 10^(-15) s; a world record that surprisingly remained unbroken for almost twelve years, until new optical gain media as well as new methods for mode coupling were developed towards the end of the 1990s. Finally, in 1999, this new research was rewarded with pulse durations of about 5 fs from a single titanium:sapphire laser oscillator.
What apparently looks like no real progress was a crucial contribution on the way to commercial and routinely usable ultrashort pulse laser systems. This is because these ultrashort light pulses are now generated in a fairly compact device, and the resulting ultrashort light pulses can still exhibit peak power up into the megawatt range, an improvement of many orders of magnitude over the results of earlier work. With these properties, ultrashort light pulses can now be used in numerous experiments, as well as in a variety of industrial applications. Above all, the available pulse parameters enable the investigation and use of fast processes in nature and technology as well as nonlinear optical processes. However, precision measurements of frequency, time and length have also become possible as a result, as well as highly accurate and universal processing of a wide variety of materials and tissues in technology or medicine, which is why several Nobel Prizes have been awarded over the years in connection with ultrashort laser pulses.
For a principle and application-oriented understanding of modern ultrafast measurement techniques in the interdisciplinary environment of physics, chemistry and biology, the introduction to ultrafast pulse optics includes various application-related examples of the use of ultrafast lasers. Furthermore, procedures for measuring and manipulating ultrashort light pulses are addressed to provide basic principles for generating and shaping the light pulses, as a basis for independently deepening knowledge of the numerous innovative possibilities of ultrashort pulse technology.
- Lehrende/r: Carsten Fallnich