Brandt, C: Charakterisierung Erbium-dotierter Laserkristalle

Ziel dieser Arbeit war die Charakterisierung von Lasermaterialien für die Konzentrationsbestimmung der Treibhausgase CO2 und CH4 mittels LIDAR-Verfahren bei 1,6 µm. Dazu wurden umfangreiche spektroskopische Untersuchungen an Er 3+ -dotierten Granaten ((Y1-XLuX)3Al5O12, Y(Al1-XGaX)5O12 und YSAG), Sesquioxiden ((Lu1-XYX)2O3, (Lu1-XScX)2O3 und (Y1-XScX)2O3)) und Vanadaten (YVO4 und GdVO4) durchgeführt. Neben der Bestimmung der Wirkungsquerschnitte der Grundzustandsabsorption und der Emission wurden die Wirkungsquerschnitte der Absorption aus dem ersten angeregten Zustand (ESA) für den Spektralbereich um 1,6 µm und Fluoreszenzlebensdauern ermittelt. Von den stöchiometrischen Er 3+ -dotierten Sesquioxid-Kristallen wurde weitergehend die energetische Lage der Stark-Niveaus bestimmt.Im Rahmen dieser Arbeit wurde erstmalig eine umfassende spektroskopische Analyse in Abhängigkeit der Kristallabmischungen von Er 3+ -dotierten Granat- und Sesquioxid-Kristallen durchgeführt. Dadurch konnten optimierte Kristallabmischungen bestimmt werden, mit denen die Lage der Verstärkungsmaxima an die geforderten Zielwellenlängen von CO2 bei 1579,27 nm und 1602,90 nm und von CH4 bei 1642,6150 nm, 1645,2440 nm und 1647,5875 nm angepasst wurden.Mit den für die Zielwellenlängen optimierten Kristallen wurden charakterisierende Laserexperimente im Dauerstrichbetrieb unter resonanter Pumpanregung durchgeführt. Mit jeweils zwei Er:(Y1-XLuX)3Al5O12 Kristallen konnte erstmals freilaufender Laserbetrieb im Bereich der geforderten Zielwellenlängen von CH4 um 1645,2440 nm und 1647,5875 nm realisiert werden. Die maximale Ausgangsleistung betrug 14,5 W bei einem differentiellen Wirkungsgrad von 40 % bezüglich der eingestrahlten Pumpleistung. Im Vergleich zu einer Er:YAG Referenzprobe konnten keine nachteiligen Charakteristika festgestellt werden, so dass eine Leistungsskalierung analog zu Er:YAG erwartet werden kann. Mit einem Er:(Lu1-XYX)2O3