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Papers by Christian Vorholt

Die Skalierung der Ausgangsleistung von Festkörperlasern auf mehr als 100 kW bei gleichzeitig her... more Die Skalierung der Ausgangsleistung von Festkörperlasern auf mehr als 100 kW bei gleichzeitig hervorragender Fokussierbarkeit ist nach derzeitigem Stand der Technik für alle aktuell untersuchten Laserkonzepte eine Herausforderung. Eine Alternative dazu ist die Kopplung von mehreren bzw. vielen Laserquellen. Damit reduziert sich die Leistungsanforderung an die einzelne Laserquelle, wodurch hervorragende Fokussierbarkeit leichter erreicht werden kann. Die Fokussierbarkeit der Einzelquelle bleibt nur bei kohärenter oder spektraler Kopplung erhalten. Die kohärente Kopplung ist ein anspruchsvoller Ansatz, der die Skalierung zu einer sehr hohen Anzahl von Einzelquellen ermöglicht und nicht wie die spektrale Kopplung durch die Verstärkungsbandbreite der Laser limitiert ist. Weiterhin besteht bei der kohärenten Kopplung die grundsätzliche Möglichkeit zur Strahlformung bzw. zur Kompensation atmosphärischer Turbulenz. Aktuelle Arbeiten nutzen theoretische und numerische Modelle zur Berechnung...

Sowohl für den Einsatz als auch für den Test und die Erprobung von Laserwaffensystemen sind Einsc... more Sowohl für den Einsatz als auch für den Test und die Erprobung von Laserwaffensystemen sind Einschätzungen zur Gefährdung durch Laserstrahlung von erheblicher Bedeutung. Eine nicht zu vernachlässigende Gefährdung kann dabei von der am jeweils beaufschlagten Ziel gestreuten bzw. reflektierten Laserstrahlung ausgehen. Um die Gefährdungen abzuschätzen, sind Computersimulationen auf Basis von Raytracing ein wichtiges Hilfsmittel. Diese Risikoabschätzungen benötigen belastbare Modelle der Streucharakteristiken von beaufschlagten Zielen. Zur Ermittlung solcher Streucharakteristiken wurden Experimente zur Streuung von Hochenergielaserstrahlung an verschiedenen Materialproben durchgeführt. Die Experimente wurden sowohl in kontrollierter Umgebung in einer Bearbeitungsbox als auch unter typischen atmosphärischen Bedingungen auf der Laserfreistrahlstrecke des Instituts für Technische Physik am Standort Lampoldshausen durchgeführt. Untersucht wurden dabei zunächst Materialproben aus Stahl und A...

2019 Conference on Lasers and Electro-Optics Europe & European Quantum Electronics Conference (CLEO/Europe-EQEC), 2019

We present simulations of thin-disk amplifiers considering amplified spontaneous emission (ASE), ... more We present simulations of thin-disk amplifiers considering amplified spontaneous emission (ASE), as the ASE can have a crucial influence on achievable gain, especially for high energy, medium rep-rate pulse amplifiers. The model needs to incorporate the full spatial distribution of inversion and — due to the quasi-3-level nature of the typical active ion Yb3+, i.e. the temperature dependence of effective cross sections [1]-the temperature distribution in the thin disk. ASE-photon flux has to be resolved with high spatial and spectral resolution to incorporate the spectral emission distribution [2]. Furthermore, we also need to take into account the radiation guiding effect of the thin disk, i.e. the multiple reflections of ASE and fluorescence at the back- and front side of the disk [3]. Due to the significantly non-linear dependence between inversion and ASE, a transient model, reproducing the temporal evolution of absorbed pump power, amplified laser power and ASE-photon flux is required [4]. A fast implementation in Python allows us optimizations with variations on large parameter sets in the future.

2013 Conference on Lasers & Electro-Optics Europe & International Quantum Electronics Conference CLEO EUROPE/IQEC, 2013

ABSTRACT

Optics letters, Jan 15, 2015

We present, to the best of our knowledge, the first intra-cavity pumped Yb:YAG thin-disk laser. I... more We present, to the best of our knowledge, the first intra-cavity pumped Yb:YAG thin-disk laser. It operates at 1050.7 nm with a quantum defect of just 1.74% due to pumping at 1032.4 nm. Low absorption of the pump light at the pump wavelength of 1032.4 nm is compensated for by placing the disk inside the resonator of another Yb:YAG thin-disk laser which is diode-pumped at 940 nm. The intra-cavity pumped laser has an output power of 10.3 W and a slope efficiency of 8.3%.

Advanced Solid State Lasers, 2015

Journal of the Optical Society of America B, 2012

Optics Express

Cross-saturation of the gain media in intra-cavity pumped lasers leads to complex dynamics of the... more Cross-saturation of the gain media in intra-cavity pumped lasers leads to complex dynamics of the laser power. We present experimental results and a detailed theoretical analysis of this nonlinear dynamics for an intra-cavity pumped Yb:YAG thin-disk laser in the framework of a rate-equation model. The gain medium of this laser is residing in the resonator of a conventional, diode-pumped Yb:YAG thin-disk laser. Continuous-wave operation, periodic pulse trains, and chaotic fluctuations of the optical power of both lasers were observed. The dynamics is not driven by external perturbations but arises naturally in this laser system. Further examination revealed that these modes of operation can be controlled by the resonator length of the diode-pumped laser but that the system can also show hysteresis and multi-stability.

Applied Physics B, 2015

ABSTRACT

Die Skalierung der Ausgangsleistung von Festkörperlasern auf mehr als 100 kW bei gleichzeitig her... more Die Skalierung der Ausgangsleistung von Festkörperlasern auf mehr als 100 kW bei gleichzeitig hervorragender Fokussierbarkeit ist nach derzeitigem Stand der Technik für alle aktuell untersuchten Laserkonzepte eine Herausforderung. Eine Alternative dazu ist die Kopplung von mehreren bzw. vielen Laserquellen. Damit reduziert sich die Leistungsanforderung an die einzelne Laserquelle, wodurch hervorragende Fokussierbarkeit leichter erreicht werden kann. Die Fokussierbarkeit der Einzelquelle bleibt nur bei kohärenter oder spektraler Kopplung erhalten. Die kohärente Kopplung ist ein anspruchsvoller Ansatz, der die Skalierung zu einer sehr hohen Anzahl von Einzelquellen ermöglicht und nicht wie die spektrale Kopplung durch die Verstärkungsbandbreite der Laser limitiert ist. Weiterhin besteht bei der kohärenten Kopplung die grundsätzliche Möglichkeit zur Strahlformung bzw. zur Kompensation atmosphärischer Turbulenz. Aktuelle Arbeiten nutzen theoretische und numerische Modelle zur Berechnung...

Sowohl für den Einsatz als auch für den Test und die Erprobung von Laserwaffensystemen sind Einsc... more Sowohl für den Einsatz als auch für den Test und die Erprobung von Laserwaffensystemen sind Einschätzungen zur Gefährdung durch Laserstrahlung von erheblicher Bedeutung. Eine nicht zu vernachlässigende Gefährdung kann dabei von der am jeweils beaufschlagten Ziel gestreuten bzw. reflektierten Laserstrahlung ausgehen. Um die Gefährdungen abzuschätzen, sind Computersimulationen auf Basis von Raytracing ein wichtiges Hilfsmittel. Diese Risikoabschätzungen benötigen belastbare Modelle der Streucharakteristiken von beaufschlagten Zielen. Zur Ermittlung solcher Streucharakteristiken wurden Experimente zur Streuung von Hochenergielaserstrahlung an verschiedenen Materialproben durchgeführt. Die Experimente wurden sowohl in kontrollierter Umgebung in einer Bearbeitungsbox als auch unter typischen atmosphärischen Bedingungen auf der Laserfreistrahlstrecke des Instituts für Technische Physik am Standort Lampoldshausen durchgeführt. Untersucht wurden dabei zunächst Materialproben aus Stahl und A...

2019 Conference on Lasers and Electro-Optics Europe & European Quantum Electronics Conference (CLEO/Europe-EQEC), 2019

We present simulations of thin-disk amplifiers considering amplified spontaneous emission (ASE), ... more We present simulations of thin-disk amplifiers considering amplified spontaneous emission (ASE), as the ASE can have a crucial influence on achievable gain, especially for high energy, medium rep-rate pulse amplifiers. The model needs to incorporate the full spatial distribution of inversion and — due to the quasi-3-level nature of the typical active ion Yb3+, i.e. the temperature dependence of effective cross sections [1]-the temperature distribution in the thin disk. ASE-photon flux has to be resolved with high spatial and spectral resolution to incorporate the spectral emission distribution [2]. Furthermore, we also need to take into account the radiation guiding effect of the thin disk, i.e. the multiple reflections of ASE and fluorescence at the back- and front side of the disk [3]. Due to the significantly non-linear dependence between inversion and ASE, a transient model, reproducing the temporal evolution of absorbed pump power, amplified laser power and ASE-photon flux is required [4]. A fast implementation in Python allows us optimizations with variations on large parameter sets in the future.

2013 Conference on Lasers & Electro-Optics Europe & International Quantum Electronics Conference CLEO EUROPE/IQEC, 2013

ABSTRACT

Optics letters, Jan 15, 2015

We present, to the best of our knowledge, the first intra-cavity pumped Yb:YAG thin-disk laser. I... more We present, to the best of our knowledge, the first intra-cavity pumped Yb:YAG thin-disk laser. It operates at 1050.7 nm with a quantum defect of just 1.74% due to pumping at 1032.4 nm. Low absorption of the pump light at the pump wavelength of 1032.4 nm is compensated for by placing the disk inside the resonator of another Yb:YAG thin-disk laser which is diode-pumped at 940 nm. The intra-cavity pumped laser has an output power of 10.3 W and a slope efficiency of 8.3%.

Advanced Solid State Lasers, 2015

Journal of the Optical Society of America B, 2012

Optics Express

Cross-saturation of the gain media in intra-cavity pumped lasers leads to complex dynamics of the... more Cross-saturation of the gain media in intra-cavity pumped lasers leads to complex dynamics of the laser power. We present experimental results and a detailed theoretical analysis of this nonlinear dynamics for an intra-cavity pumped Yb:YAG thin-disk laser in the framework of a rate-equation model. The gain medium of this laser is residing in the resonator of a conventional, diode-pumped Yb:YAG thin-disk laser. Continuous-wave operation, periodic pulse trains, and chaotic fluctuations of the optical power of both lasers were observed. The dynamics is not driven by external perturbations but arises naturally in this laser system. Further examination revealed that these modes of operation can be controlled by the resonator length of the diode-pumped laser but that the system can also show hysteresis and multi-stability.

Applied Physics B, 2015

ABSTRACT