Picosekundenpulsen

Picosekundenpulsen sind ultrakurze optische Pulse, deren Dauer typischerweise im Bereich von etwa 0,3 bis 5 Picosekunden liegt. Damit liegen sie zwischen Femtosekundenpulsen (10^-15 s) und Nanosekundenpulsen (10^-9 s). Sie ermöglichen zeitaufgelöste Experimente, ohne die Technik der Pulsformung stark zu belasten.

Sie werden überwiegend in mode-locked Festkörper- oder Faserlasern erzeugt, zum Beispiel in Ti:sapphire- oder Nd:YAG-Systemen. Die Pulse entstehen oft durch passiv modengekoppelte Lasersysteme mit saturierbarer Absorption oder durch Kerr-Lens-Modus-Locking. Alternative Ansätze umfassen aktives Moden-Locking, Q-Schalten sowie externe Puls-Stretcher und -Kompression, etwa im Rahmen von chirped-pulse amplification (CPA).

Charakteristisch sind hohe Spitzenleistungen und eine relativ breite spektrale Bandbreite, die aus der kurzen Pulsdauer resultiert. Die Pulsdauer kann transformierbar sein, wenn Dispersion kompensiert wird. Messmethoden umfassen Autokorrelation, FROG und SPIDER, um Intensitäts- und Phasenverläufe des Pulses zu rekonstruieren.

Anwendungen finden sich in der zeitaufgelösten Spektroskopie und Pump-Probe-Experimenten, der nichtlinearen Optik, der Mikrobearbeitung und Materialforschung, in der medizinischen Bildgebung sowie in Fernerkundung und LIDAR-Systemen. Bildgebende Verfahren wie OCT nutzen teilweise Pulse im Picosekundenbereich.

Herausforderungen umfassen Stabilität und Jitter, Dispersion und Stabilitätsverlust über Übertragung in Fasern. Fortschritte zielen auf robuste, kostengünstigere Systeme mit geringer Restdispersion und besserer Reproduzierbarkeit.

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