English Title: Cavity dumping in solitary mode-locked femtosecond laser oscillators

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Abstract

Das Thema dieser Dissertation ist die Erforschung und Anwendung kompakter Femtosekunden-Laseroszillatoren mit Cavity-Dumping. Diese sind von großer Relevanz, da sie, wie erstmalig demonstriert wird, eine Alternative für wesentlich komplexere Verstärkersysteme im Mikrojoule-Energiebereich sind. Darüber hinaus werden erstmals die Besonderheiten der vielschichtigen Dynamik in modengekoppelten Lasern mit Cavity-Dumping im Detail analysiert. Es werden aus den tieferen Erkenntnissen zur Pulsformungsdynamik Designkriterien für die Realisierung der Laser abgeleitet. Die theoretischen Vorhersagen decken sich in außerordentlich guter Weise mit dem tatsächlichen Verhalten der experimentell aufgebauten Systeme. Diese basieren auf dem direkt diodengepumpten Lasermaterial Ytterbium, wobei es durch Ausnutzung der theoretischen Erkenntnisse erstmalig gelingt, Femtosekunden-Pulse im Mikrojoule-Bereich bei Wiederholraten von einem Megahertz zu erzeugen. Dies sind bislang die höchsten Pulsenergien, die mittels Femtosekunden-Oszillatoren mit Cavity-Dumping erreicht werden. Das eindrucksvolle Potenzial des Konzepts wird anhand von Anwendungen aus der nichtlinearen Optik, der Biomedizin und der Mikrostrukturierung demonstriert. Die erforschten Lichtquellen ebnen den Weg für eine breite Anwendung von Femtosekunden-Pulsen mit relativ hoher Energie in vielen Bereichen von Wissenschaft und Technik.

Translation of abstract (English)

The subject of this thesis is the investigation and application of compact femtosecond lasers with cavity dumping. These are of great interest, because they are an alternative for complex amplifier schemes in the microjoule enery-range as newly demonstrated in this thesis. Moreover the multifaceted dynamics in mode-locked lasers with cavity dumping were analyzed in detail for the first time. This leads to a deeper insight into the pulse shaping dynamics from which design criteria for the practical laser are deduced. The theoretical predictions almost perfectly agree with the actual performance of the realized systems. These make use of the directly diode-pumped laser medium Ytterbium, whereas by utilizing the theoretical findings it is possible for the first time to generate femtosecond pulses in the microjoule-range at repetition rates in the megahertz regime. These are currently the highest pulse energies generated with cavity dumped femtosecond lasers. The impressive potential of this approach is demonstrated for applications in the fields of nonlinear optics, biomedicine and microstructuring. The investigated light sources are paving the way to widespread applications of high energy femtosecond pulses in science and technology.