DIN-Normenausschuss Feinmechanik und Optik (NAFuO)
DIN 58175-2
Laser und Laseranlagen - Bestimmung der Eigenschaften von ultrakurzen Laserpulsen - Teil 2: Autokorrelationsmessverfahren; Text Deutsch und Englisch
Lasers and laser-related equipment - Determination of the properties of ultra-short laser pulses - Part 2: Autocorrelation measurement method; Text in German and English
Einführungsbeitrag
Zur zeitlichen Charakterisierung ultrakurzer Laserpulse wurden in der Literatur verschiedene Verfahren vorgeschlagen. Da eine direkte Messung des zeitlichen Verlaufes von ultrakurzen Laserpulsen aufgrund ihrer kurzen Dauer und der wesentlich langsameren zeitlichen Antwortfunktion aller bekannten elektronischen Detektorsysteme nicht möglich ist, müssen indirekte Verfahren zum Einsatz kommen, bei denen die Abtastung des Pulses durch ein physikalisches Ereignis zumindest vergleichbarer Dauer erfolgt. Eine Möglichkeit ist, hierzu den zu messenden Puls selbst zu verwenden. Ein häufig genutztes und robustes Verfahren zur zeitlichen Charakterisierung ist das Messverfahren der optischen Autokorrelation. Das Ergebnis dieser Messung ist das Autokorrelationssignal, das nicht den zeitlichen Verlauf des elektrischen Feldes selbst wiedergibt, sondern mathematisch einer Korrelation des Pulses mit sich selbst entspricht. Dementsprechend ist die Autokorrelationsfunktion immer symmetrisch. Es kann als wesentliches Messergebnis die Halbwertsdauer des Autokorrelationssignals bestimmt werden, die aber lediglich eine Abschätzung der Halbwertsdauer des Pulses selbst erlaubt, wobei dazu gewisse Vorausannahmen über den zeitlichen Verlauf des Pulses nötig sind. Diese Norm legt Prüfverfahren zur Bestimmung der Autokorrelationsfunktion von Ultrakurzpulsen fest. Diese Norm befasst sich mit der Messung des zeitlichen Verlaufes von Ultrakurzzeitlaserpulsen, das heißt, eine eventuell vorhandene transversale Struktur des elektrischen Feldes wird ignoriert. Dies erscheint für eine Reihe von in der Praxis vorkommenden ultrakurzen Laserpulsen zulässig, da der Strahl als annähernd homogen bezüglich seiner spektralen und zeitlichen Eigenschaften gelten kann. Zudem sind viele Anwendungen nicht empfindlich gegenüber einer transversalen Struktur, da anordnungsbedingt eine Mittelung über den Strahlquerschnitt erfolgt. Das Autokorrelationsverfahren kann überall dort zum Einsatz kommen, wo eine direkte Messung des zeitlichen Verlaufes von ultrakurzen Laserpulsen aufgrund ihrer kurzen Dauer und der wesentlich langsameren zeitlichen Antwortfunktion elektronischer Detektorsysteme nicht möglich ist. Praktische Voraussetzungen sind das Vorhandensein eines geeigneten nichtlinearen Effektes und eines geeigneten Detektors im betreffenden Wellenlängenbereich. Das Ergebnis dieser Messung ist die Autokorrelationsfunktion. Die Autokorrelationsfunktion ist nicht mit dem zeitlichen Intensitätsprofil des Laserpulses identisch und erlaubt es im Allgemeinen nicht einmal, selbige eindeutig ohne weitere Information zu bestimmen. Dennoch liefert die Autokorrelationsfunktion nützliche wenn auch begrenzte Information über die zeitliche Struktur eines Laserpulses. Die Halbwertsbreite der Autokorrelation erlaubt keine eindeutige Bestimmung der Pulsdauer. Unter Annahme einer bestimmten mathematischen Form des Pulses kann jedoch eine Pulsdauer berechnet werden. Dieses reicht häufig in Anwendungen aus, in denen die zugrundeliegende Pulsform zum Beispiel aus theoretischen Überlegungen bekannt ist. Aufwändigere Messtechniken wie zum Beispiel FROG (Frequency Resolved Optical Gating) oder SPIDER (Spectral Phase Interferometry for Direct Electric-field Reconstruction) liefern zusätzliche Informationen, die die genaue Bestimmung der Pulsdauer unter bestimmten Voraussetzungen ermöglichen. Bei FROG oder SPIDER wird der Verlauf des elektrischen Feldes der Laserpulse inklusive Phasen- und Amplitudeninformation bestimmt, der dann eine sehr detaillierte Analyse der Laserpulse ermöglicht. Derartige Techniken werden in dieser Norm nicht behandelt. Für diese Norm ist das Gremium NA 027-01-18 AA "Laser" bei DIN zuständig. Gegenüber DIN 58175-2:2013-07 wurden folgende Änderungen vorgenommen: — Aufnahme der Erfassung der nichtlinearen Wechselwirkung zweiter Ordnung über einen TPA (Zwei-Photonen-Absorption)-Detektor — Aufnahme der Erfassung mittels Zwei-Photonen-Fluoreszenz (TPF)
Änderungsvermerk
Gegenüber DIN 58175-2:2013-07 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a) Aufnahme der Erfassung der nichtlinearen Wechselwirkung zweiter Ordnung über einen TPA (Zwei-Photonen-Absorption)-Detektor; b) Aufnahme der Erfassung mittels Zwei-Photonen-Fluoreszenz (TPF).
