Table Of ContentKonstanzer Online-Publikations-System (KOPS)
URL: http://nbn-resolving.de/urn:nbn:de:bsz:352-2-j894v6958smi1
Anwendungen eines 10 GHz Femtosekunden-
Doppellasersystems in der Zeitbereichsspektro-
skopie und Terahertz-Frequenzmetrologie
Dissertation zur Erlangung des
akademischen Grades eines Doktors der
Naturwissenschaften
(Doctor rerum naturalium)
vorgelegt von
Oliver Kliebisch
an der
Mathematisch-Naturwissenschaftliche Sektion
Fachbereich Physik
Tag der mündlichen Prüfung: Konstanz, 15. November 2017
1. Referent: Prof. Dr. Thomas Dekorsy
2. Referent: Prof. Dr. Alfred Leitenstorfer
Kurzzusammenfassung
IndieserArbeitwirddasAnwendungspotentialeinesFemtosekunden-Doppellasersystems
mit10GHzImpulswiederholrateevaluiert.DiesehrhoheImpulswiederholrateeröffnet
neueAnwendungsmöglichkeitenundVerbesserungenhinsichtlichderMessgeschwindig-
keitverglichenmitbisherigenImplementationenbeiniedrigenImpulswiederholraten.Das
SystembasiertaufzweiTitan:Saphir-Oszillatoren,derenImpulswiederholratenabsolut
undrelativzueinanderstabilisiertwerdenkönnen.DiesermöglichtdieImplementierung
derasynchronenoptischenAbtastmesstechnik(engl.asynchronousopticalsampling,AS-
OPS)mitScangeschwindigkeitenimBereichvon100kHz.DasDoppellasersystem,seine
WeiterentwicklungundverbesserteImplementation,dasStabilisierungsschemasowie
dieGrenzendesimplementiertenSystemswerdeneingehendbeschrieben.Davonausge-
hendwirddieASOPS-Messtechnikverwendet,umineinemAnrege-Abfrage-Schemadie
longitudinalenakustischenPhononmodeneinerMikrokavitätzumessenundresonant
anzuregen.EinAufbauzurTerahertz-Zeitbereichsspektroskopiewirdverwendet,umdas
AbsorptionsverhaltenvonGasenimTerahertz-BereichzuvermessenunddenKompromiss
der reduziertenspektralen Auflösung gegenübereiner gesteigerten Messgeschwindig-
keit zu untersuchen. Das hier zum Tragen kommende elektro-optische Abtasten wird
miteinerverallgemeinertenASOPS-Variantekombiniert,umdieFrequenzeinesaktiv
modengekoppelten Terahertz-Quantenkaskadenlasers zu vermessen und zu stabilisie-
ren.DiesesVerfahrenermöglichtdiephasenstarreKopplungdesQuantenkaskadenlasers
aufdieStabilitätderImpulswiederholratederTitan:Saphir-Oszillatoren.Dieabsolute
FrequenzmessungwirdverifiziertdurchdiehochpräziseSpektroskopieingasförmigem
Methanol.DiehoheImpulswiederholrateermöglichtdiedirekteräumlicheAuflösung
derdiskretenspektralenKomponentenderTitan:Saphir-Oszillatoren.DurchAmplituden-
undPhasenmodulationdesLaserspektrumskönnenfreiformbarePulszügesynthetisiert
werden.DieswirdinerstenExperimentenzurRepetitionsratenmultiplikationgezeigt.
i
Veröffentlichungen
ImRahmendieserDissertationwurdenBeiträgezufolgendenVeröffentlichungengeleis-
tet.
Publikationen in Peer-Review Journalen
N. Krauß, G. Schäfer, J. Flock, O. Kliebisch, C. Li, H. G. Barros, D. C. Heinecke
undT.Dekorsy,Two-colourhigh-speedasynchronousopticalsamplingbasedonoffset-
stabilizedYb:KYWandTi:sapphireoscillators,OpticsExpress,23(23),18288-18299
(2015).
O. Kliebisch, D. C. Heinecke und T. Dekorsy, Ultrafast time-domain spectroscopy
systemusing10GHzasynchronousopticalsamplingwith100kHzscanrate,Optics
Express,24(26),29930-29940(2016).
C. Li, N. Krauß, G. Schäfer, M. Hettich, L. Ebner, O. Kliebisch und T. Dekorsy,
High-speedasynchronousopticalsamplingbasedonGHzYb:KYWoscillators,Optics
Express,25(8),9204-9212(2017).
O.Kliebisch,D.C.Heinecke,G.Santarelli,S.Barbieri,C.SirtoriundT.Dekorsy,
DirectabsolutefrequencyreadoutofamodelockedmultimodeTHzquantumcascade
laserwithtwo10GHzfemtosecondlaserfrequencycombs,InVorbereitung.
O.Kliebisch,A.Bruchhausen,M.Hettich,A.FainsteinundT.Dekorsy,Subharmonic
resonant excitation of confined acoustic phonons in a GaAs/AlAs microcavity, In
Vorbereitung.
Konferenzvorträge
D.C.Heinecke,O.Kliebisch,T.Dekorsy,H.Li,C.Sirtori,G.SantarelliundS.Barbieri,
Coherentsamplingandphase-lockingofanactivelymode-lockedTHzquantumcascade
laserwitha10GHzTi:sapphirefemtosecondlaserfordirectfrequencymeasurements,
GermanTHzconference,Dresden(2015).
O.Kliebisch,D.C.Heinecke,T.Dekorsy,H.Li,C.Sirtori,G.SantarelliundS.Barbieri,
Absolutefrequencymeasurementandphase-lockingofaTHzquantumcascadelaser
with10GHzTi:sapphirefrequencycombs,DPGFrühjahrstagung,Hannover(2016).
A. Seer, O. Kliebisch, D. C. Heinecke und T. Dekorsy, Line-by-line amplitude and
phase modulation of a 10 GHz frequency comb for pump-probe spectroscopy, DPG
Frühjahrstagung,Hannover(2016).
O.Kliebisch,D.C.Heinecke,T.Dekorsy,H.Li,C.Sirtori,G.SantarelliundS.Barbieri,
Absolutefrequencymeasurementandphase-lockingofaTHzquantumcascadelaser
iii
with 10 GHz Ti:sapphire frequency combs, 5th EOS Topical Meeting on Terahertz
Science&Technology(TST2016),Pécs,Ungarn(2016).
O. Kliebisch, D. C. Heinecke, T. Dekorsy, H. Li, C. Sirtori, G. Santarelli und S.
Barbieri,Absolutefrequencymeasurementandphase-lockingofaTHzQCLwithtwo
10GHzfrequencycombs,ConferenceonLasersandElectrooptics(CLEO),SanJose,
Kalifornien,USA(2016).
O.Kliebisch,D.C.Heinecke,T.Dekorsy,H.Li,C.Sirtori,G.SantarelliundS.Barbieri,
Absolutefrequencymeasurementandphase-lockingofaTHzquantumcascadelaser
with 10 GHz Ti:sapphire frequency combs, Ultrafast Phenomena, Santa Fe, New
Mexico,USA(2016).
O.Kliebisch,D.C.Heinecke,T.Dekorsy,H.Li,C.Sirtori,G.SantarelliundS.Barbieri,
Absolutefrequencymeasurementofamode-lockedTHzquantumcascadelaserusing
10GHzfemtoseconddualcombsampling,GermanTHzconference,Bochum(2017).
S.Anguiano,V.Villafañe,A.E.Bruchhausen,B.Jusserand,I.Favero,F.R.Lamberti,
L.Lanco,I.Sagnes,A.Lemaitre,N.D.Lanzillotti-Kimura,O.Kliebisch,M.Hettich,T.
Dekorsy,P.SenellartundA.Fainstein,Optomechanicalsemiconductornanoresonators
operating in the 20-100 GHz range, Frontiers of Nanomechanical Systems (FNS
2017),LaThuile,Italien(2017).
Posterbeiträge
O. Kliebisch, D. C. Heinecke, T. Dekorsy, H. Li, C. Sirtori, G. Santarelli und S.
Barbieri,Coherentsamplingandphase-lockingofaTHzquantumcascadelaserwitha
10GHzTi:sapphirefemtosecondlaser,InternationalSummerSchoolNewFrontiers
inOpticalTechnologies,Tampere,Finnland(2015).
O. Kliebisch, D. C. Heinecke, T. Dekorsy, H. Li, C. Sirtori, G. Santarelli und S.
Barbieri, Stabilisierung eines Terahertz Quantenkaskadenlasers mittels eines opti-
schenFemtosekundenFrequenzkammsfürdiedirekteTerahertz-Frequenzmetrologie,
StipendiatentreffenderCarl-Zeiss-Stiftung,CarlZeissAG,Oberkochen(2015).
O.Kliebisch,D.C.Heinecke,T.Dekorsy,H.Li,C.Sirtori,G.SantarelliundS.Barbieri,
AVernierapproachforhigh-resolutionterahertzfrequencymetrologywithquantum
cascadelasers,StipendiatentreffenderCarl-Zeiss-Stiftung,SchottAG,Mainz(2016).
O.Kliebisch,M.Hettich,A.Bruchhausen,A.Fainstein,T.Dekorsy,Measurementsof
mechanicalqualityfactorsat20GHzinplanaropto-mechanicalmicrocavities,Trends
inNanoscience2017,Irsee(2017).
iv
Description:Laser auf Frequenzstandards dient. Die Impulswiederholrate von Titan:Saphir-Ringoszillatoren konnte in den letzten Jahren auf bis zu 10 GHz gesteigert werden [Bartels08]. Diese Arbeit befasst sich mit den An- wendungen der Zeit- und Frequenzdomäneneigenschaften eines Lasersystems bestehend.
