SuperkontinuumQuellen

Eine Superkontinuumquelle (oft kurz: Superkontinuum) erzeugt aus einem engen Spektrum ultrakurzer Laserpulse ein breites, nahezu kontinuierliches Spektrum. Typischerweise reicht das Spektrum von sichtbar bis nahinfrarot; mit speziellen Glasfasern können auch mittlere Infrarotbereiche abgedeckt werden. Die Quellen liefern dabei eine hohe spektrale Leistungsdichte über mehrere Hundert Nanometer bis einige Mikrometer.

Grundlage ist Nichtlinearoptik. In glasfaserbasierten Systemen breiten sich die Pulse durch Prozesse wie Selbstphasens modulation (SPM), Vierwellenmischung, Solitonenspaltung und Ramanstreuung aus. Die Dispersion der Faser und der Pumpparameterschnitt bestimmen, wie breit das Kontinuum wird und wie koherent es bleibt.

Typische Implementierungen verwenden Photonic-Crystal-Fasern oder hochgradig nichtlineare Gläser; Pumpquellen sind Femtosekunden-Ti:Sapphire-, Er- oder Yb-Faserlaser; zusätzlich können Seed- oder seeding-Methoden eingesetzt werden, um die Kohärenz zu erhöhen.

Der erzeugte Spektralbereich reicht je nach System von wenigen hundert Nanometern im sichtbaren Bereich bis zu mehr als zwei Mikrometern im nahen Infrarot; mit spezialisierten Faserdesigns auch bis in den mittleren Infrarot. Die Kohärenz ist regionenabhängig: zentrale Spektrenteile können hochkohärent bleiben, während Randbereiche durch Modulationsinstabilität beeinträchtigt sein können.

Anwendungsgebiete umfassen Frequenzkämme, hochauflösende Spektroskopie, optische Kohärenztomographie (OCT), Ultrafast Spectroscopy, Material- und chemische Analysen sowie die metrologische Kalibrierung optischer Instrumente.

Historisch entstand das Konzept in den 1990er-Jahren, mit Durchbrüchen bei der Verwendung Photonic-Crystal-Fasern, die eine breite spektrale Ausdehnung ermöglichen. Seitdem wurden Glasfaserdesigns, Pumptechnologien und seeding-Methoden weiterentwickelt, um Stabilität, Reproduzierbarkeit und Leistung zu verbessern.